Lung cancer, the leading cause of cancer mortality, exhibits heterogeneity that enables adaptability, limits therapeutic success, and remains incompletely understood. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) of metastatic lung cancer was performed using 49 clinical biopsies obtained from 30 patients before and during targeted therapy. Over 20,000 cancer and tumor microenvironment (TME) single-cell profiles exposed a rich and dynamic tumor ecosystem. scRNA-seq of cancer cells illuminated targetable oncogenes beyond those detected clinically. Cancer cells surviving therapy as residual disease (RD) expressed an alveolar-regenerative cell signature suggesting a therapy-induced primitive cell-state transition, whereas those present at on-therapy progressive disease (PD) upregulated kynurenine, plasminogen, and gap-junction pathways. Active T-lymphocytes and decreased macrophages were present at RD and immunosuppressive cell states characterized PD. Biological features revealed by scRNA-seq were biomarkers of clinical outcomes in independent cohorts. This study highlights how therapy-induced adaptation of the multi-cellular ecosystem of metastatic cancer shapes clinical outcomes.

Ageing is the single greatest cause of disease and death worldwide, and understanding the associated processes could vastly improve quality of life. Although major categories of ageing damage have been identified—such as altered intercellular communication, loss of proteostasis and eroded mitochondrial function1—these deleterious processes interact with extraordinary complexity within and between organs, and a comprehensive, whole-organism analysis of ageing dynamics has been lacking. Here we performed bulk RNA sequencing of 17 organs and plasma proteomics at 10 ages across the lifespan of Mus musculus, and integrated these findings with data from the accompanying Tabula Muris Senis2—or ‘Mouse Ageing Cell Atlas’—which follows on from the original Tabula Muris3. We reveal linear and nonlinear shifts in gene expression during ageing, with the associated genes clustered in consistent trajectory groups with coherent biological functions—including extracellular matrix regulation, unfolded protein binding, mitochondrial function, and inflammatory and immune response. Notably, these gene sets show similar expression across tissues, differing only in the amplitude and the age of onset of expression. Widespread activation of immune cells is especially pronounced, and is first detectable in white adipose depots during middle age. Single-cell RNA sequencing confirms the accumulation of T cells and B cells in adipose tissue—including plasma cells that express immunoglobulin J—which also accrue concurrently across diverse organs. Finally, we show how gene expression shifts in distinct tissues are highly correlated with corresponding protein levels in plasma, thus potentially contributing to the ageing of the systemic circulation. Together, these data demonstrate a similar yet asynchronous inter- and intra-organ progression of ageing, providing a foundation from which to track systemic sources of declining health at old age. Bulk RNA sequencing of organs and plasma proteomics at different ages across the mouse lifespan is integrated with data from the Tabula Muris Senis, a transcriptomic atlas of ageing mouse tissues, to describe organ-specific changes in gene expression during ageing.

Alzheimer’s disease (AD) is characterized by the selective vulnerability of specific neuronal populations, the molecular signatures of which are largely unknown. To identify and characterize selectively vulnerable neuronal populations, we used single-nucleus RNA sequencing to profile the caudal entorhinal cortex and the superior frontal gyrus—brain regions where neurofibrillary inclusions and neuronal loss occur early and late in AD, respectively—from postmortem brains spanning the progression of AD-type tau neurofibrillary pathology. We identified RORB as a marker of selectively vulnerable excitatory neurons in the entorhinal cortex and subsequently validated their depletion and selective susceptibility to neurofibrillary inclusions during disease progression using quantitative neuropathological methods. We also discovered an astrocyte subpopulation, likely representing reactive astrocytes, characterized by decreased expression of genes involved in homeostatic functions. Our characterization of selectively vulnerable neurons in AD paves the way for future mechanistic studies of selective vulnerability and potential therapeutic strategies for enhancing neuronal resilience. Leng et al. uncover the molecular signature of neuronal subpopulations that are selectively vulnerable to tau aggregation and death early in Alzheimer’s disease in the human entorhinal cortex and other brain regions, validating RORB as a marker.

The ability to slow or reverse biological ageing would have major implications for mitigating disease risk and maintaining vitality1. Although an increasing number of interventions show promise for rejuvenation2, their effectiveness on disparate cell types across the body and the molecular pathways susceptible to rejuvenation remain largely unexplored. Here we performed single-cell RNA sequencing on 20 organs to reveal cell-type-specific responses to young and aged blood in heterochronic parabiosis. Adipose mesenchymal stromal cells, haematopoietic stem cells and hepatocytes are among those cell types that are especially responsive. On the pathway level, young blood invokes new gene sets in addition to reversing established ageing patterns, with the global rescue of genes encoding electron transport chain subunits pinpointing a prominent role of mitochondrial function in parabiosis-mediated rejuvenation. We observed an almost universal loss of gene expression with age that is largely mimicked by parabiosis: aged blood reduces global gene expression, and young blood restores it in select cell types. Together, these data lay the groundwork for a systemic understanding of the interplay between blood-borne factors and cellular integrity.

Abstract Rapid production and publication of pathogen genome sequences during emerging disease outbreaks provide crucial public health information. In resource-limited settings, especially near an outbreak epicenter, conventional deep sequencing or bioinformatics are often challenging. Here we successfully used metagenomic next generation sequencing on an iSeq100 Illumina platform paired with an open-source bioinformatics pipeline to quickly characterize Cambodia’s first case of COVID-2019.

ABSTRACT Alzheimer’s disease (AD) is characterized by the selective vulnerability of specific neuronal populations, the molecular signatures of which are largely unknown. To identify and characterize selectively vulnerable neuronal populations, we used single-nucleus RNA sequencing to profile the caudal entorhinal cortex and the superior frontal gyrus – brain regions where neurofibrillary inclusions and neuronal loss occur early and late in AD, respectively – from postmortem brains spanning the progression of AD-type tau neurofibrillary pathology. We identified RORB as a marker of selectively vulnerable excitatory neurons in the entorhinal cortex, and subsequently validated their depletion and selective susceptibility to neurofibrillary inclusions during disease progression using quantitative neuropathological methods. We also discovered an astrocyte subpopulation, likely representing reactive astrocytes, characterized by decreased expression of genes involved in homeostatic functions. Our characterization of selectively vulnerable neurons in AD paves the way for future mechanistic studies of selective vulnerability and potential therapeutic strategies for enhancing neuronal resilience.

Abstract Since Next-Generation Sequencing produces reads uniformly subsampled from an input library, highly abundant sequences may mask interesting low abundance sequences. The DASH (Depleting Abundant Sequences by Hybridization) technique takes advantage of the programmability of CRISPR/Cas9 to deplete unwanted high-abundance sequences. Because desired depletion targets vary by sample type, here we describe DASHit, software that outputs an optimal DASH target set given a sequencing dataset, an updated DASH protocol, and show depletion results with DASHit-designed targets for three different species.

Abstract We identify a mutation in the N gene of SARS-CoV-2 that adversely affects annealing of a commonly used RT-PCR primer; epidemiologic evidence suggests the virus retains pathogenicity and competence for spread. This reinforces the importance of using multiple targets, preferably in at least 2 genes, for robust SARS-CoV-2 detection. Article Summary Line A SARS-CoV-2 variant that occurs worldwide and has spread in California significantly affects diagnostic sensitivity of an N gene assay, highlighting the need to employ multiple viral targets for detection.

Aging is the single greatest cause of disease and death worldwide, and so understanding the associated processes could vastly improve quality of life. While the field has identified major categories of aging damage such as altered intercellular communication, loss of proteostasis, and eroded mitochondrial function, these deleterious processes interact with extraordinary complexity within and between organs. Yet, a comprehensive analysis of aging dynamics organism-wide is lacking. Here we performed RNA-sequencing of 17 organs and plasma proteomics at 10 ages across the mouse lifespan. We uncover previously unknown linear and non-linear expression shifts during aging, which cluster in strikingly consistent trajectory groups with coherent biological functions, including extracellular matrix regulation, unfolded protein binding, mitochondrial function, and inflammatory and immune response. Remarkably, these gene sets are expressed similarly across tissues, differing merely in age of onset and amplitude. Especially pronounced is widespread immune cell activation, detectable first in white adipose depots in middle age. Single-cell RNA-sequencing confirms the accumulation of adipose T and B cells, including immunoglobulin J-expressing plasma cells, which also accrue concurrently across diverse organs. Finally, we show how expression shifts in distinct tissues are highly correlated with corresponding protein levels in plasma, thus potentially contributing to aging of the systemic circulation. Together, these data demonstrate a similar yet asynchronous inter- and intra-organ progression of aging, thereby providing a foundation to track systemic sources of declining health at old age.

The conducting airway forms a protective mucosal barrier and is the primary target of airway disorders. To better understand how airway developmental programs are established to support air breathing and barrier functions, we constructed a single-cell atlas of the human and mouse developing trachea. In this study, we uncover hitherto unrecognized heterogeneity of cell states with distinct differentiation programs and immune features of the developing airway. In addition, we find ubiquitous expression of CFTR and ANO1/TMEM16A chloride channels in the embryonic airway epithelium. We show that genetic inactivation of TMEM16A leads to airway defects commonly seen in cystic fibrosis patients with deficient CFTR, alters the differentiation trajectory of airway basal progenitors, and results in mucus cell hyperplasia and aberrant epithelial antimicrobial expression. Together, our study illuminates conserved developmental features of the mammalian airway and implicates chloride homeostasis as a key player in regulating mucosal barrier formation and function relevant to early onset airway diseases.