The gut microbiota has been linked to cardiovascular diseases. However, the composition and functional capacity of the gut microbiome in relation to cardiovascular diseases have not been systematically examined. Here, we perform a metagenome-wide association study on stools from 218 individuals with atherosclerotic cardiovascular disease (ACVD) and 187 healthy controls. The ACVD gut microbiome deviates from the healthy status by increased abundance of Enterobacteriaceae and Streptococcus spp. and, functionally, in the potential for metabolism or transport of several molecules important for cardiovascular health. Although drug treatment represents a confounding factor, ACVD status, and not current drug use, is the major distinguishing feature in this cohort. We identify common themes by comparison with gut microbiome data associated with other cardiometabolic diseases (obesity and type 2 diabetes), with liver cirrhosis, and rheumatoid arthritis. Our data represent a comprehensive resource for further investigations on the role of the gut microbiome in promoting or preventing ACVD as well as other related diseases.The gut microbiota may play a role in cardiovascular diseases. Here, the authors perform a metagenome-wide association study on stools from individuals with atherosclerotic cardiovascular disease and healthy controls, identifying microbial strains and functions associated with the disease.

Clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) is the most common kidney cancer and has very few mutations that are shared between different patients. To better understand the intratumoral genetics underlying mutations of ccRCC, we carried out single-cell exome sequencing on a ccRCC tumor and its adjacent kidney tissue. Our data indicate that this tumor was unlikely to have resulted from mutations in VHL and PBRM1. Quantitative population genetic analysis indicates that the tumor did not contain any significant clonal subpopulations and also showed that mutations that had different allele frequencies within the population also had different mutation spectrums. Analyses of these data allowed us to delineate a detailed intratumoral genetic landscape at a single-cell level. Our pilot study demonstrates that ccRCC may be more genetically complex than previously thought and provides information that can lead to new ways to investigate individual tumors, with the aim of developing more effective cellular targeted therapies.

Hepatocellular carcinoma (HCC) has high relapse and low 5-year survival rates. Single-cell profiling in relapsed HCC may aid in the design of effective anticancer therapies, including immunotherapies. We profiled the transcriptomes of ∼17,000 cells from 18 primary or early-relapse HCC cases. Early-relapse tumors have reduced levels of regulatory T cells, increased dendritic cells (DCs), and increased infiltrated CD8+ T cells, compared with primary tumors, in two independent cohorts. Remarkably, CD8+ T cells in recurrent tumors overexpressed KLRB1 (CD161) and displayed an innate-like low cytotoxic state, with low clonal expansion, unlike the classical exhausted state observed in primary HCC. The enrichment of these cells was associated with a worse prognosis. Differential gene expression and interaction analyses revealed potential immune evasion mechanisms in recurrent tumor cells that dampen DC antigen presentation and recruit innate-like CD8+ T cells. Our comprehensive picture of the HCC ecosystem provides deeper insights into immune evasion mechanisms associated with tumor relapse.

Tumor heterogeneity presents a challenge for inferring clonal evolution and driver gene identification. Here, we describe a method for analyzing the cancer genome at a single-cell nucleotide level. To perform our analyses, we first devised and validated a high-throughput whole-genome single-cell sequencing method using two lymphoblastoid cell line single cells. We then carried out whole-exome single-cell sequencing of 90 cells from a JAK2-negative myeloproliferative neoplasm patient. The sequencing data from 58 cells passed our quality control criteria, and these data indicated that this neoplasm represented a monoclonal evolution. We further identified essential thrombocythemia (ET)-related candidate mutations such as SESN2 and NTRK1, which may be involved in neoplasm progression. This pilot study allowed the initial characterization of the disease-related genetic architecture at the single-cell nucleotide level. Further, we established a single-cell sequencing method that opens the way for detailed analyses of a variety of tumor types, including those with high genetic complex between patients.

An instrument for whole-genome optical mapping is used to assemble the genome of the domestic goat into super-long scaffolds. We report the ∼2.66-Gb genome sequence of a female Yunnan black goat. The sequence was obtained by combining short-read sequencing data and optical mapping data from a high-throughput whole-genome mapping instrument. The whole-genome mapping data facilitated the assembly of super-scaffolds >5× longer by the N50 metric than scaffolds augmented by fosmid end sequencing (scaffold N50 = 3.06 Mb, super-scaffold N50 = 16.3 Mb). Super-scaffolds are anchored on chromosomes based on conserved synteny with cattle, and the assembly is well supported by two radiation hybrid maps of chromosome 1. We annotate 22,175 protein-coding genes, most of which were recovered in the RNA-seq data of ten tissues. Comparative transcriptomic analysis of the primary and secondary follicles of a cashmere goat reveal 51 genes that are differentially expressed between the two types of hair follicles. This study, whose results will facilitate goat genomics, shows that whole-genome mapping technology can be used for the de novo assembly of large genomes.

Reference genomes are essential for metagenomic analyses and functional characterization of the human gut microbiota. We present the Culturable Genome Reference (CGR), a collection of 1,520 nonredundant, high-quality draft genomes generated from >6,000 bacteria cultivated from fecal samples of healthy humans. Of the 1,520 genomes, which were chosen to cover all major bacterial phyla and genera in the human gut, 264 are not represented in existing reference genome catalogs. We show that this increase in the number of reference bacterial genomes improves the rate of mapping metagenomic sequencing reads from 50% to >70%, enabling higher-resolution descriptions of the human gut microbiome. We use the CGR genomes to annotate functions of 338 bacterial species, showing the utility of this resource for functional studies. We also carry out a pan-genome analysis of 38 important human gut species, which reveals the diversity and specificity of functional enrichment between their core and dispensable genomes. A resource of >1,500 bacterial reference genomes sheds light on the human gut microbiome.

Abstract Nasopharyngeal carcinoma (NPC) is an aggressive malignancy with extremely skewed ethnic and geographic distributions. Increasing evidence indicates that targeting the tumor microenvironment (TME) represents a promising therapeutic approach in NPC, highlighting an urgent need to deepen the understanding of the complex NPC TME. Here, we generated single-cell transcriptome profiles for 7581 malignant cells and 40,285 immune cells from fifteen primary NPC tumors and one normal sample. We revealed malignant signatures capturing intratumoral transcriptional heterogeneity and predicting aggressiveness of malignant cells. Diverse immune cell subtypes were identified, including novel subtypes such as CLEC9A + dendritic cells (DCs). We further revealed transcriptional regulators underlying immune cell diversity, and cell–cell interaction analyses highlighted promising immunotherapeutic targets in NPC. Moreover, we established the immune subtype-specific signatures, and demonstrated that the signatures of macrophages, plasmacytoid dendritic cells (pDCs), CLEC9A + DCs, natural killer (NK) cells, and plasma cells were significantly associated with improved survival outcomes in NPC. Taken together, our findings represent a unique resource providing in-depth insights into the cellular heterogeneity of NPC TME and highlight potential biomarkers for anticancer treatment and risk stratification, laying a new foundation for precision therapies in NPC.

ABSTRACT Stopping COVID-19 is a priority worldwide. Understanding which cell types are targeted by SARS-CoV-2 virus, whether interspecies differences exist, and how variations in cell state influence viral entry is fundamental for accelerating therapeutic and preventative approaches. In this endeavor, we profiled the transcriptome of nine tissues from a Macaca fascicularis monkey at single-cell resolution. The distribution of SARS-CoV-2 facilitators, ACE2 and TMRPSS2, in different cell subtypes showed substantial heterogeneity across lung, kidney, and liver. Through co-expression analysis, we identified immunomodulatory proteins such as IDO2 and ANPEP as potential SARS-CoV-2 targets responsible for immune cell exhaustion. Furthermore, single-cell chromatin accessibility analysis of the kidney unveiled a plausible link between IL6-mediated innate immune responses aiming to protect tissue and enhanced ACE2 expression that could promote viral entry. Our work constitutes a unique resource for understanding the physiology and pathophysiology of two phylogenetically close species, which might guide in the development of therapeutic approaches in humans. Bullet points We generated a single-cell transcriptome atlas of 9 monkey tissues to study COVID-19. ACE2 + TMPRSS2 + epithelial cells of lung, kidney and liver are targets for SARS-CoV-2. ACE2 correlation analysis shows IDO2 and ANPEP as potential therapeutic opportunities. We unveil a link between IL6, STAT transcription factors and boosted SARS-CoV-2 entry.

Abstract Integrative analysis of multi-omics layers at single cell level is critical for accurate dissection of cell-to-cell variation within certain cell populations. Here we report scCAT-seq, a technique for simultaneously assaying chromatin accessibility and the transcriptome within the same single cell. We show that the combined single cell signatures enable accurate construction of regulatory relationships between cis -regulatory elements and the target genes at single-cell resolution, providing a new dimension of features that helps direct discovery of regulatory patterns specific to distinct cell identities. Moreover, we generated the first single cell integrated maps of chromatin accessibility and transcriptome in human pre-implantation embryos and demonstrated the robustness of scCAT-seq in the precise dissection of master transcription factors in cells of distinct states during embryo development. The ability to obtain these two layers of omics data will help provide more accurate definitions of “single cell state” and enable the deconvolution of regulatory heterogeneity from complex cell populations.

The gut microbiome has been implicated in a variety of physiological states, but controversy over causality remains unresolved. Here, we performed bidirectional Mendelian randomization (MR) analyses on 3,432 Chinese individuals with whole genome, whole metagenome, anthropometric, and blood metabolic trait data. We identified 58 causal relationships between the gut microbiome and blood metabolites, and replicated 43 of them. Increased relative abundances of fecal Oscillibacter and Alistipes were causally linked to decreased triglyceride concentration. Conversely, blood metabolites such as glutamic acid appeared to decrease fecal Oxalobacter , and members of Proteobacteria were influenced by metabolites such as 5-methyltetrahydrofolic acid, alanine, glutamate, and selenium. Two-sample MR with data from Biobank Japan partly corroborated results with triglyceride and with uric acid, and also provided causal support for published fecal bacterial markers for cancer and cardiovascular diseases. This study illustrates the value of human genetic information to help prioritize gut microbial features for mechanistic and clinical studies.