We report a comprehensive proteogenomics analysis, including whole-genome sequencing, RNA sequencing, and proteomics and phosphoproteomics profiling, of 218 tumors across 7 histological types of childhood brain cancer: low-grade glioma (n = 93), ependymoma (32), high-grade glioma (25), medulloblastoma (22), ganglioglioma (18), craniopharyngioma (16), and atypical teratoid rhabdoid tumor (12). Proteomics data identify common biological themes that span histological boundaries, suggesting that treatments used for one histological type may be applied effectively to other tumors sharing similar proteomics features. Immune landscape characterization reveals diverse tumor microenvironments across and within diagnoses. Proteomics data further reveal functional effects of somatic mutations and copy number variations (CNVs) not evident in transcriptomics data. Kinase-substrate association and co-expression network analysis identify important biological mechanisms of tumorigenesis. This is the first large-scale proteogenomics analysis across traditional histological boundaries to uncover foundational pediatric brain tumor biology and inform rational treatment selection.

Abstract MXenes, a new family of two-dimensional materials, are also known as transition metal carbides and nitride, with a general formula of M n +1 X n T x ( n = 1–3). Their inherent metallic conductivity and hydrophilic nature endow MXenes with fascinating physicochemical properties (optical, electronic, magnetic, light-to-heat conversion. etc.). The ultrathin layer structure and photothermal property attract many interests in biomedical applications, especially as phototherapeutic agents for cancer treatment. In this review, we summarize the recent progress of MXenes in the field of photothermal therapy and highlight the crucial biotic index for their preparation and evaluation. First, we introduce the main strategies for the preparation and surface modifications of biologically applied MXenes. Then, representative cases in the field of MXene-based photothermal application, such as photothermal therapy, synergistic therapy, and targeting treatments, are reviewed. Finally, the cytotoxicity and in vivo long-term biosafety are introduced. We also propose the underlying challenges and perspectives for MXene applications in terms of photothermal therapy.

Transcription and metabolism both influence cell function, but dedicated transcriptional control of metabolic pathways that regulate cell fate has rarely been defined. We discovered, using a chemical suppressor screen, that inhibition of the pyrimidine biosynthesis enzyme dihydroorotate dehydrogenase (DHODH) rescues erythroid differentiation in bloodless zebrafish moonshine (mon) mutant embryos defective for transcriptional intermediary factor 1 gamma (tif1γ). This rescue depends on the functional link of DHODH to mitochondrial respiration. The transcription elongation factor TIF1γ directly controls coenzyme Q (CoQ) synthesis gene expression. Upon tif1γ loss, CoQ levels are reduced, and a high succinate/α-ketoglutarate ratio leads to increased histone methylation. A CoQ analog rescues mon's bloodless phenotype. These results demonstrate that mitochondrial metabolism is a key output of a lineage transcription factor that drives cell fate decisions in the early blood lineage.

Generating single photons at high temperature remains a major challenge, particularly for group III-As and III-P materials widely used in optical communication. Here, we report a high temperature single photon emitter based on a "surface-free" GaAs quantum dot (QD) in a GaAsP nanowire. By using self-catalyzed vapor-liquid-solid growth and simple surface engineering, we can significantly enhance the optical signal from the QDs with a highly polarized photoluminescence at 750 nm. The "surface-free" nanowire quantum dots show photon antibunching up to 160 K and well resolved exciton lines as high as 220 K.

Abstract Polygenic scores (PGS) have been widely used to predict complex traits and risk of diseases using variants identified from genome-wide association studies (GWASs). To date, most GWASs have been conducted in populations of European ancestry, which limits the use of GWAS-derived PGS in non-European populations. Here, we develop a new theory to predict the relative accuracy (RA, relative to the accuracy in populations of the same ancestry as the discovery population) of PGS across ancestries. We used simulations and real data from the UK Biobank to evaluate our results. We found across various simulation scenarios that the RA of PGS based on trait-associated SNPs can be predicted accurately from modelling linkage disequilibrium (LD), minor allele frequencies (MAF), cross-population correlations of SNP effect sizes and heritability. Altogether, we find that LD and MAF differences between ancestries explain alone up to ~70% of the loss of RA using European-based PGS in African ancestry for traits like body mass index and height. Our results suggest that causal variants underlying common genetic variation identified in European ancestry GWASs are mostly shared across continents.

Abstract How have complex brains evolved from simple circuits? Here we investigated brain region evolution at cell type resolution in the cerebellar nuclei (CN), the output structures of the cerebellum. Using single-nucleus RNA sequencing in mice, chickens, and humans, as well as STARmap spatial transcriptomic analysis and whole-CNS projection tracing in mice, we identified a conserved cell type set containing two classes of region-specific excitatory neurons and three classes of region-invariant inhibitory neurons. This set constitutes an archetypal CN that was repeatedly duplicated to form new regions. Interestingly, the excitatory cell class that preferentially funnels information to lateral frontal cortices in mice becomes predominant in the massively expanded human Lateral CN. Our data provide the first characterization of CN transcriptomic cell types in three species and suggest a model of brain region evolution by duplication and divergence of entire cell type sets.

ABSTRACT Vaccination against SARS-CoV-2 provides an effective tool to combat the COIVD-19 pandemic. Here, we combined antigen optimization and nanoparticle display to develop vaccine candidates for SARS-CoV-2. We first displayed the receptor-binding domain (RBD) on three self-assembling protein nanoparticle (SApNP) platforms using the SpyTag/SpyCatcher system. We then identified heptad repeat 2 (HR2) in S2 as the cause of spike metastability, designed an HR2-deleted glycine-capped spike (S2GΔHR2), and displayed S2GΔHR2 on SApNPs. An antibody column specific for the RBD enabled tag-free vaccine purification. In mice, the 24-meric RBD-ferritin SApNP elicited a more potent neutralizing antibody (NAb) response than the RBD alone and the spike with two stabilizing proline mutations in S2 (S2P). S2GΔHR2 elicited two-fold-higher NAb titers than S2P, while S2GΔHR2 SApNPs derived from multilayered E2p and I3-01v9 60-mers elicited up to 10-fold higher NAb titers. The S2GΔHR2-presenting I3-01v9 SApNP also induced critically needed T-cell immunity, thereby providing a promising vaccine candidate. ONE-SENTENCE SUMMARY The SARS-CoV-2 receptor binding domain and S2GΔHR2 spike elicited potent immune responses when displayed on protein nanoparticles as vaccine candidates.

Abstract SARS-CoV-2 unprecedentedly threatens the public health at worldwide level. There is an urgent need to develop an effective vaccine within a highly accelerated time. Here, we present the most comprehensive S-protein-based linear B-cell epitope candidate list by combining epitopes predicted by eight widely-used immune-informatics methods with the epitopes curated from literature published between Feb 6, 2020 and July 10, 2020. We find four top prioritized linear B-cell epitopes in the hotspot regions of S protein can specifically bind with serum antibodies from horse, mouse, and monkey inoculated with different SARS-CoV-2 vaccine candidates or a patient recovering from COVID-19. The four linear B-cell epitopes can induce neutralizing antibodies against both pseudo and live SARS-CoV-2 virus in immunized wild-type BALB/c mice. This study suggests that the four linear B-cell epitopes are potentially important candidates for serological assay or vaccine development.

Abstract The SARS-CoV-2 pandemic that originated from Wuhan, China, in December 2019 has impacted public health, society and economy and the daily lives of billions of people in an unprecedented manner. There are currently no specific registered antiviral drugs to treat or prevent SARS-CoV-2 infections. Therefore, drug repurposing would be the fastest route to provide at least a temporary solution while better, more specific drugs are being developed. Here we demonstrate that the antiparasitic drug suramin inhibits SARS-CoV-2 replication, protecting Vero E6 cells with an EC 50 of ∼20 µM, which is well below the maximum attainable level in human serum. Suramin also decreased the viral load by 2-3 logs when Vero E6 cells or cells of a human lung epithelial cell line (Calu-3) were treated. Time of addition and plaque reduction assays showed that suramin acts on early steps of the replication cycle, possibly preventing entry of the virus. In a primary human airway epithelial cell culture model, suramin also inhibited the progression of infection. The results of our preclinical study warrant further investigation and suggest it is worth evaluating whether suramin provides any benefit for COVID-19 patients, which obviously requires well-designed, properly controlled randomized clinical trials.

Abstract Aging causes functional decline of multiple organs and increases the risk of age-related pathologies. In advanced lives, accumulation of senescent cells, which develop the senescence-associated secretory phenotype (SASP), promotes chronic inflammation and causes diverse conditions. Here we report the frontline outcome of screening a natural product library with human primary stromal cells as an experimental model. Multiple candidate compounds were assayed, and grape seed extract (GSE) was selected for further investigation due to its leading capacity in targeting senescent cells. We found procyanidin C1 (PCC1), a polyphenolic component, plays a critical role in mediating the antiaging effects of GSE. PCC1 blocks the SASP expression when used at low concentrations. Importantly, it selectively kills senescent cells upon application at higher concentrations, mainly by enhancing production of reactive oxygen species (ROS) and disturbing mitochondrial membrane potential, processes accompanied by upregulation of Bcl-2 family pro-apoptotic factors Puma and Noxa in senescent cells. PCC1 depletes senescent cells in treatment-damaged tumor microenvironment (TME) and enhances therapeutic efficacy when combined with chemotherapy in preclinical assays. Intermittent administration of PCC1 to both senescent cell-implanted mice and naturally aged animals alleviated physical dysfunction and prolonged post-treatment survival, thus providing substantial benefits in late life stage. Together, our study identifies PCC1 as a distinct natural senolytic agent, which may be exploited to delay aging and control age-related pathologies in future medicine.