To integrate real-time monitoring and therapeutic functions into a single nanoagent, we have designed and synthesized a drug-delivery platform based on a polydopamine(PDA)/human serum albumin (HSA)/doxorubicin (DOX) coated bismuth selenide (Bi2Se3) nanoparticle (NP). The resultant product exhibits high stability and biocompatibility both in vitro and in vivo. In addition to the excellent capability for both X-ray computed tomography (CT) and infrared thermal imaging, the NPs possess strong near-infrared (NIR) absorbance, and high capability and stability of photothermal conversion for efficient photothermal therapy (PTT) applications. Furthermore, a bimodal on-demand pH/photothermal-sensitive drug release has been achieved, resulting in a significant chemotherapeutic effect. Most importantly, the tumor-growth inhibition ratio achieved from thermo-chemotherapy of the Bi2Se3@PDA/DOX/HSA NPs was 92.6%, in comparison to the chemotherapy (27.8%) or PTT (73.6%) alone, showing a superior synergistic therapeutic effect. In addition, there is no noticeable toxicity induced by the NPs in vivo. This multifunctional platform is, therefore, promising for effective, safe and precise antitumor treatment and may stimulate interest in further exploration of drug loading on Bi2Se3 and other competent PTT agents combined with in situ imaging for biomedical applications.

Abstract Exome and whole-genome sequencing are becoming increasingly routine approaches in Mendelian disease diagnosis. Despite their success, the current diagnostic rate for genomic analyses across a variety of rare diseases is approximately 25-50%. Here, we explore the utility of transcriptome sequencing (RNA-seq) as a complementary diagnostic tool in a cohort of 50 patients with genetically undiagnosed rare muscle disorders. We describe an integrated approach to analyze patient muscle RNA-seq, leveraging an analysis framework focused on the detection of transcript-level changes that are unique to the patient compared to over 180 control skeletal muscle samples. We demonstrate the power of RNA-seq to validate candidate splice-disrupting mutations and to identify splice-altering variants in both exonic and deep intronic regions, yielding an overall diagnosis rate of 35%. We also report the discovery of a highly recurrent de novo intronic mutation in COL6A1 that results in a dominantly acting splice-gain event, disrupting the critical glycine repeat motif of the triple helical domain. We identify this pathogenic variant in a total of 27 genetically unsolved patients in an external collagen VI-like dystrophy cohort, thus explaining approximately 25% of patients clinically suggestive of collagen VI dystrophy in whom prior genetic analysis is negative. Overall, this study represents a large systematic application of transcriptome sequencing to rare disease diagnosis and highlights its utility for the detection and interpretation of variants missed by current standard diagnostic approaches. One Sentence Summary Transcriptome sequencing improves the diagnostic rate for Mendelian disease in patients for whom genetic analysis has not returned a diagnosis.

Abstract While neoantigen-specific tumor infiltrating lymphocytes (TIL) can be derived from in antigen-expressing tumors, their adoptive transfer fails to consistently elicit durable tumor regression. There has been much focus on the role of activation/exhaustion markers such as PD1, CD39 and TOX in TIL senescence. We found these markers were inversely expressed to Cytokine-Induced SH2 protein (CISH), a negative regulator of TCR signaling and tumor immunity in mice. To evaluate the physiological role of CISH in human TIL we developed a high-efficiency CRIPSR-based method to knock out CISH in fully mature TIL. CISH KO resulted in increased T cell receptor (TCR) avidity, tumor cytolysis and neoantigen recognition. CISH expression in the tumor resections correlated with TIL inactivity against p53 hotspot mutations and CISH KO in TIL unmasked reactivity against these universal neoantigens. While CISH KO resulted in T cell hyperactivation and expansion it did not alter maturation, perhaps by preferential PLCγ-1 and not AKT inhibition. Lastly, CISH KO in T cells increased PD1 expression and the adoptive transfer of Cish KO T cells synergistically combines with PD1 antibody blockade resulting in durable tumor regression and survival in a preclinical animal model. These data offer new insights into the regulation of neoantigen recognition, expression of activation/exhaustion markers, and functional/maturation signals in tumor-specific T cells.

ABSTRACT In fluorescence microscopy, computational algorithms have been developed to suppress noise, enhance contrast, and even enable super-resolution (SR). However, the local quality of the images may vary on multiple scales, and these differences can lead to misconceptions, which is especially intractable in emerging deep-learning ones. Current mapping methods fail to finely estimate the local quality, challenging to associate the SR scale content. Here, we develop a rolling Fourier ring correlation (rFRC) framework to evaluate the reconstruction uncertainties down to SR scale. To visually pinpoint regions with low reliability, a filtered rFRC is combined with a modified resolution scaled error map (RSM), offering a comprehensive and concise map for further examination. We demonstrate their performances on various SR imaging modalities, and the resulting quantitative maps enable better SR images integrated from different reconstructions. Beyond that, we provide a strategy for learning-based restorations, allowing a direct detection of both data and model uncertainties, and expect the representative cases can inspire further advances in this rapidly developing field.

Abstract Early insulin therapy is capable to achieve glycemic control and restore β-cell function in newly diagnosed type 2 diabetes (T2D), but its effect on cardiovascular outcomes in these patients remains unclear. In this nationwide real-world study, we analyzed electronic health record data from 19 medical centers across China between 1 January 2000, and 26 May 2022. We included 5424 eligible patients (mean age 56 years, 2176 women/3248 men) who were diagnosed T2D within six months and did not have prior cardiovascular disease. Multivariable Cox regression models were used to estimate the associations of early insulin therapy (defined as the first-line therapy for at least two weeks in newly diagnosed T2D patients) with the incidence of major cardiovascular events including coronary heart disease (CHD), stroke, and hospitalization for heart failure (HF). During 17,158 persons years of observation, we documented 834 incident CHD cases, 719 stroke cases, and 230 hospitalized cases for HF. Newly diagnosed T2D patients who received early insulin therapy, compared with those who did not receive such treatment, had 31% lower risk of incident stroke, and 28% lower risk of hospitalization for HF. No significant difference in the risk of CHD was observed. We found similar results when repeating the aforesaid analysis in a propensity-score matched population of 4578 patients and with inverse probability of treatment weighting models. These findings suggest that early insulin therapy in newly diagnosed T2D may have cardiovascular benefits by reducing the risk of incident stroke and hospitalization for HF.

The major component of complex genomes is repetitive elements, which remain recalcitrant to characterization. Using maize as a model system, we analyzed whole genome shotgun (WGS) sequences for the two maize inbred lines B73 and Mo17 using k-mer analysis to quantify the differences between the two genomes. Significant differences were identified in highly repetitive sequences, including centromere repeats, 45S ribosomal DNA (rDNA), knob, and telomere repeats. Previously unknown genotype specific 45S rDNA sequences were discovered. The B73-specific 45S rDNA is not only located on the nucleolus organizer region (NOR) on chromosome 6 but also dispersed on all the chromosomes in B73, indicating the relatively recent spread of 45S rDNA from the NOR. The B73 and Mo17 polymorphic k-mers were used to examine allele-specific expression of 45S rDNA. Although Mo17 contains higher copy number than B73, equivalent levels of overall 45S rDNA expression indicates that dosage compensation operates for the 45S rDNA in the hybrids. Using WGS sequences of B73xMo17 double haploids (DHs), genomic locations showing differential repetitive contents were genetically mapped. Analysis of WGS sequences of HapMap2 lines, including maize wild progenitor teosintes, landraces, and improved lines, decreases and increases in abundance of additional sets of k-mers associated with centromere repeats, 45S rDNA, knob, and retrotransposon sequences were found between teosinte and maize lines, revealing global evolutionary trends of genomic repeats during maize domestication and improvement.

Small RNAs (sRNAs) are short noncoding RNAs that play roles in many biological processes, including drought responses in plants. However, how the expression of sRNAs dynamically changes with the gradual imposition of drought stress in plants is largely unknown. We generated time-series sRNA sequence data from maize seedlings under drought stress and under well-watered conditions at the same time points. Analyses of length, functional annotation, and abundance of 736,372 non-redundant sRNAs from both drought and well-watered data, as well as genome copy number and chromatin modifications at the corresponding genomic regions, revealed distinct patterns of abundance, genome organization, and chromatin modifications for different sRNA classes of sRNAs. The analysis identified 6,646 sRNAs whose regulation was altered in response to drought stress. Among drought-responsive sRNAs, 1,325 showed transient down-regulation by the seventh day, coinciding with visible symptoms of drought stress. The profiles revealed drought-responsive microRNAs, as well as other sRNAs that originated from ribosomal RNAs (rRNAs), splicing small nuclear RNAs, and small nucleolar RNAs (snoRNA). Expression profiles of their sRNA derivers indicated that snoRNAs might play a regulatory role through regulating stability of rRNAs and splicing small nuclear RNAs under drought condition.

Delta 9-tetrahydrocannabinol (THC), the principal psychoactive constituent of cannabis, is also known to modulate immune response in peripheral cells. The mechanisms of THC's effects on gene expression in human immune cells remains poorly understood. Combining a within-subject design with single cell transcriptome mapping, we report that administration of THC acutely alters gene expression in 15,973 human blood immune cells. Controlled for high inter-individual transcriptomic variability, we identified 294 transcriptome-wide significant genes among eight cell types including 69 common genes and 225 cell-type specific genes affected by acute THC administration, including those genes involving not only in immune response, cytokine production, but signal transduction, and cell proliferation and apoptosis. We revealed distinct transcriptomic sub-clusters affected by THC in major immune cell types where THC perturbed cell type-specific intracellular gene expression correlations. Gene set enrichment analysis further supports the findings of THC's common and cell-type specific effects on immune response and cell toxicity. We found that THC alters the correlation of cannabinoid receptor gene, CNR2, with other genes in B cells, in which CNR2 showed the highest level of expression. This comprehensive cell-specific transcriptomic profiling identified novel genes regulated by THC and provides important insights into THC's acute effects on immune function that may have important medical implications.

Breast cancer is the second leading cause of cancer-related deaths in the United States, with the majority of these deaths due to metastatic lesions rather than the primary tumor. Thus, a better understanding of the etiology of metastatic disease is crucial for improving survival. Using a haplotype mapping strategy in mouse and shRNA-mediated gene knockdown, we identified Rnaseh2c, a scaffolding protein of the heterotrimeric RNase H2 endoribonuclease complex, as a novel metastasis susceptibility factor. We found that the role of Rnaseh2c in metastatic disease is independent of RNase H2 enzymatic activity, and immunophenotyping and RNA-sequencing analysis revealed engagement of the T cell-mediated adaptive immune response. Furthermore, the cGAS-Sting pathway was not activated in the metastatic cancer cells used in this study, suggesting that the mechanism of immune response in breast cancer is different from the mechanism proposed for Aicardi-Goutières Syndrome, a rare interferonopathy caused by RNase H2 mutation. These results suggest an important novel, non-enzymatic role for RNASEH2C during breast cancer progression and add Rnaseh2c to a panel of genes we have identified that together could determine patients with high risk for metastasis. These results also highlight a potential new target for combination with immunotherapies and may contribute to a better understanding of the etiology of Aicardi-Goutières Syndrome autoimmunity.

A biological life support system for spaceflight would capture carbon dioxide waste produced by living and working in space to generate useful organic compounds. Photosynthesis is the primary mechanism to fix carbon into organic molecules. Microalgae are highly efficient at converting light, water, and carbon dioxide into biomass, particularly under limiting, artificial light conditions that are a necessity in space photosynthetic production. Although there is great promise in developing algae for chemical or food production in space, most spaceflight algae growth studies have been conducted on solid agar-media to avoid handling liquids in microgravity. Here we report that breathable plastic tissue culture bags can support robust growth of Chlamydomonas reinhardtii in the Veggie plant growth chamber, which is used on the International Space Station to grow terrestrial plants. Live cultures can be stored for at least one month in the bags at room temperature. The gene set required for growth in these photobioreactors was tested through a short-wave ultraviolet light (UVC) mutagenesis and selection experiment with wild-type (CC-5082) and cw15 mutant (CC-1883) strains. Genome sequencing identified UVC-induced mutations, which were enriched for transversions and nonsynonymous mutations relative to natural variants among laboratory strains. Genes with mutations indicating positive selection were enriched for information processing genes related to DNA repair, RNA processing, translation, cytoskeletal motors, kinases, and ABC transporters. These data suggest modification of signal transduction and metabolite transport may be needed to improve growth rates in this spaceflight production system.