The hippocampal-entorhinal system supports cognitive functions, has lifelong neurogenic capabilities in many species, and is selectively vulnerable to Alzheimer’s disease. To investigate neurogenic potential and cellular diversity, we profiled single-nucleus transcriptomes in five hippocampal-entorhinal subregions in humans, macaques, and pigs. Integrated cross-species analysis revealed robust transcriptomic and histologic signatures of neurogenesis in the adult mouse, pig, and macaque but not humans. Doublecortin (DCX), a widely accepted marker of newly generated granule cells, was detected in diverse human neurons, but it did not define immature neuron populations. To explore species differences in cellular diversity and implications for disease, we characterized subregion-specific, transcriptomically defined cell types and transitional changes from the three-layered archicortex to the six-layered neocortex. Notably, METTL7B defined subregion-specific excitatory neurons and astrocytes in primates, associated with endoplasmic reticulum and lipid droplet proteins, including Alzheimer’s disease-related proteins. This resource reveals cell-type- and species-specific properties shaping hippocampal-entorhinal neurogenesis and function.

Population imaging studies generate data for developing and implementing personalised health strategies to prevent, or more effectively treat disease. Large prospective epidemiological studies acquire imaging for pre-symptomatic populations. These studies enable the early discovery of alterations due to impending disease, and enable early identification of individuals at risk. Such studies pose new challenges requiring automatic image analysis. To date, few large-scale population-level cardiac imaging studies have been conducted. One such study stands out for its sheer size, careful implementation, and availability of top quality expert annotation; the UK Biobank (UKB). The resulting massive imaging datasets (targeting ca. 100,000 subjects) has put published approaches for cardiac image quantification to the test. In this paper, we present and evaluate a cardiac magnetic resonance (CMR) image analysis pipeline that properly scales up and can provide a fully automatic analysis of the UKB CMR study. Without manual user interactions, our pipeline performs end-to-end image analytics from multi-view cine CMR images all the way to anatomical and functional bi-ventricular quantification. All this, while maintaining relevant quality controls of the CMR input images, and resulting image segmentations. To the best of our knowledge, this is the first published attempt to fully automate the extraction of global and regional reference ranges of all key functional cardiovascular indexes, from both left and right cardiac ventricles, for a population of 20,000 subjects imaged at 50 time frames per subject, for a total of one million CMR volumes. In addition, our pipeline provides 3D anatomical bi-ventricular models of the heart. These models enable the extraction of detailed information of the morphodynamics of the two ventricles for subsequent association to genetic, omics, lifestyle habits, exposure information, and other information provided in population imaging studies. We validated our proposed CMR analytics pipeline against manual expert readings on a reference cohort of 4620 subjects with contour delineations and corresponding clinical indexes. Our results show broad significant agreement between the manually obtained reference indexes, and those automatically computed via our framework. 80.67% of subjects were processed with mean contour distance of less than 1 pixel, and 17.50% with mean contour distance between 1 and 2 pixels. Finally, we compare our pipeline with a recently published approach reporting on UKB data, and based on deep learning. Our comparison shows similar performance in terms of segmentation accuracy with respect to human experts.

SUMMARY Horizontal gene transfer in bacteria is widely believed to occur via three main mechanisms: conjugation, transduction and transformation. These mechanisms facilitate the passage of DNA across the protective cell wall using sophisticated machinery. We present here a new mechanism of DNA uptake that is independent of canonical DNA uptake machineries and is used by bacteria that live without a cell wall. We show that the cell wall-deficient bacteria engulf extracellular material, whereby intracellular vesicles are formed, and DNA is internalized. This mechanism is not specific to DNA, and allows uptake of other macromolecules and even 125 nm lipid nanoparticles (LNPs). Uptake was prevented by molecules known to inhibit eukaryotic endocytosis, suggesting this to be an energy-dependent process. Given that cell wall-deficient bacteria are considered a model for early life forms, our work provides a possible mechanism for primordial cells to acquire new genetic material or food before invention of the bacterial cell wall.

ABSTRACT Although database search tools originally developed for shotgun proteome have been widely used in immunopeptidomic mass spectrometry identifications, they have been reported to achieve undesirably low sensitivities and/or high false positive rates as a result of the hugely inflated search space caused by the lack of specific enzymic digestions in immunopeptidome. To overcome such a problem, we have developed a motif-guided immunopeptidome database building tool named IntroSpect, which is designed to first learn the peptide motifs from high confidence hits in the initial search and then build a targeted database for refined search. Evaluated on three representative HLA class I datasets, IntroSpect can improve the sensitivity by an average of 80% comparing to conventional searches with unspecific digestions while maintaining a very high accuracy (∼96%) as confirmed by synthetic validation experiments. A distinct advantage of IntroSpect is that it does not depend on any external HLA data so that it performs equally well on both well-studied and poorly-studied HLA types, unlike a previously developed method SpectMHC. We have also designed IntroSpect to keep a global FDR that can be conveniently controlled, similar to conventional database search engines. Finally, we demonstrate the practical value of IntroSpect by discovering neoantigens from MS data directly. IntroSpect is freely available at https://github.com/BGI2016/IntroSpect .

Abstract The killing mechanism of many antibiotics involves the induction of DNA damage, either directly or indirectly, which triggers the SOS response. RecA, the master regulator of the SOS response, plays a crucial role in driving the evolution of resistance to fluoroquinolone antibiotics treated with a single dose of ciprofloxacin. However, the precise roles of RecA and SOS responses in the development of resistance under short-term β-lactam exposure remain unclear. In the present study, we observed a fast evolution of β-lactam resistance (20-fold increase in MIC in 8 hours) in E. coli after deleting RecA and exposing the bacteria to a single dose of ampicillin. Notably, once this type of resistance is established, it remains stable and can be passed on to subsequent generations. Contrary to previous findings, it is shown that this accelerated resistance development process is dependent on the hindrance of DNA repair, which is completely orthogonal to the SOS response. Additionally, we identified the rapid emergence of drug resistance associated mutations in the resistant bacterial genome, indicating the impairment of DNA repair. Through comprehensive transcriptome sequencing, we discovered that the expression of numerous antioxidative response genes is repressed in recA mutant resistant isolates, resulting in an excessive accumulation of ROS within the cells. This suggests that the induction of ROS drives the fast evolution of antibiotic resistance in RecA-deficient bacteria. Collectively, we show that the hindrance of DNA repair hampers cellular fitness, provides bacteria with genetic adaptability to survive in diverse stressful environments, and accelerates the evolution of antibiotic resistance.

Abstract Background Glioblastoma (GBM) is the deadliest of all brain cancers in adults. The current standard-of-care is surgery followed by radiotherapy and temozolomide, leading to a median survival time of only 15 months. GBM are organized hierarchically with a small number of glioma-initiating cells, responsible for therapy resistance and tumor recurrence, suggesting that targeting glioma-initiating cells could improve treatment response. ONC201 is a first-in-class anti-tumor agent with clinical efficacy in some forms of high-grade gliomas. Here we test its efficacy against GBM in combination with radiation. Methods Using patient-derived GBM lines and mouse models of GBM we test the effects of radiation and ONC201 on GBM self - renewal in vitro and survival in vivo . A possible resistance mechanism is investigated using RNA-Sequencing. Results Treatment of GBM cells with ONC201 reduced self-renewal, clonogenicity and cell viability in vitro . ONC201 exhibited anti-tumor effects on radioresistant GBM cells indicated by reduced self-renewal in secondary and tertiary glioma spheres. Combined treatment with ONC201 and radiation prolonged survival in syngeneic and patient-derived orthotopic xenograft mouse models of GBM. Subsequent transcriptome analyses after combined treatment revealed shifts in gene expression signatures related to quiescent GBM populations, GBM plasticity, and GBM stem cells. Conclusions Our findings suggest that combined treatment with the DRD2/3 antagonist ONC201 and radiation improves the efficacy of radiation against GBM in vitro and in vivo through suppression of GICs without increasing toxicity in mouse models of GBM. A clinical assessment of this novel combination therapy against GBM is further warranted. Key points - Combined treatment of ONC201 and radiation exhibit anti-tumor effects on cells from primary and recurrent GBM - Combined treatment significantly prolongs survival in vivo - Combined treatment potentially targets the quiescent GBM cell population Importance of the Study The survival rates for patients with GBM are unacceptably low and novel treatment approaches are needed. This study provides evidence that a combination of radiation and the dopamine receptor antagonist ONC201 significantly prolongs survival in mouse models of glioma.

Abstract The gut microbiota is the most complex and most abundant symbiotic microbial ecosystem in animals. Aging is one of the main factors that cause gut microbiota structure changes, and the relationship between age and the gut microbiota in the giant panda has been a key focus of attention. The giant panda has a specialized diet of bamboo, and it relies on the microbiota that colonizes its gut to complete digestion. However, there is no in-depth understanding of the changes in the gut microbiota across the lifespan of giant pandas. Here, we identified the differences in the gut microbiota between four age groups (cubs, juveniles, adults, and geriatrics) using 16S rRNA gene high-throughput sequencing on an Illumina MiSeq platform. The results revealed that Firmicutes (mean±SD: 65.45±30.21%; range: 0.91–99.62%) and Proteobacteria (mean±SD: 31.49±27.99%; range: 0.26–85.35%) were the dominant phyla. The relative abundance of Escherichia-Shigella was high in both the cubs and juveniles. It is interesting to note that the adults had the highest richness and lowest diversity, while the cubs had the opposite. In summary, our study indicates that the gut microbial community composition, abundance, and functional pathways differ across four age groups of giant pandas. Exploring the influence of age, an endogenous influencing factor, on gut microbes provides basic scientific data for monitoring gut microbial dynamics and formulating gut microbial health management approaches, thereby improving the protection of giant pandas.

Streptomycetes are saprophytic bacteria that grow on complex polysaccharides, such as cellulose, starch, chitin and chitosan. For the monomeric building blocks glucose, maltose and N-acetylglucosamine (GlcNAc), the metabolic pathways are well documented, but that of glucosamine (GlcN) is largely unknown. Streptomyces nagB mutants, which lack glucosamine-6-phosphate deaminase activity, fail to grow in the presence of high concentrations of GlcN. Here we report that mutations in the gene for the ROK-family transcriptional regulator RokL6 relieve the toxicity of GlcN in nagB mutants, as a result of elevated expression of the Major Facilitator Superfamily (MFS) exporter SCO1448. Systems-wide analysis using RNA sequencing, ChIP-Seq, EMSAs, 5’RACE, bioinformatics and genetics revealed that RokL6 is an autoregulator that represses transcription of SCO1448 by binding to overlapping promoters in the rokL6-SCO1448 intergenic region. RokL6-independent expression of SCO1448 fully relieved toxicity of GlcN to nagB mutants. Taken together, our data show a novel system of RokL6 as a regulator that controls the expression of the MFS transporter SCO1448, which in turn protects cells against GlcN toxicity, most likely by exporting toxic metabolites out of the cell.

1 One Sentence Summary A novel topological machine learning approach applied to single-nucleus RNA sequencing from human retinas with age-related macular degeneration identifies interacting disease phase-specific glial activation states shared with Alzheimer’s disease and multiple sclerosis. 2 Abstract Neurodegeneration occurs in a wide range of diseases, including age-related macular degeneration (AMD), Alzheimer’s disease (AD), and multiple sclerosis (MS), each with distinct inciting events. To determine whether glial transcriptional states are shared across phases of degeneration, we sequenced 50,498 nuclei from the retinas of seven AMD patients and six healthy controls, generating the first single-cell transcriptomic atlas of AMD. We identified groupings of cells implicated in disease pathogenesis by applying a novel topologically-inspired machine learning approach called ‘diffusion condensation.’ By calculating diffusion homology features and performing persistence analysis, diffusion condensation identified activated glial states enriched in the early phases of AMD, AD, and MS as well as an AMD-specific proangiogenic astrocyte state promoting pathogenic neovascularization in advanced AMD. Finally, by mapping the expression of disease-associated genes to glial states, we identified key signaling interactions creating hypotheses for therapeutic intervention. Our topological analysis identified an integrated disease-phase specific glial landscape that is shared across neurodegenerative conditions affecting the central nervous system.

Methamphetamine (METH) induces reward effects. The prefrontal cortex (PFC) plays a role in regulating top-down. The hippocampus is closely involved reward memory. However, the direct projects from the PFC to the hippocampus have not been studied well. Here, we use conditioned place preference (CPP), a recombinant adeno-associated virus 2/9 (rAAV2/9) and optogenetic approaches to explore a role in METH-CPP for a novel pathway projecting from the medial prefrontal prelimbic cortex (PrL) directly to the dorsal hippocampus CA1 (dCA1). Expressing CaMKIIα-ChR2 or CaMKIIα-eNpHR3.0 in the PrL and optically stimulating in the dCA1 blocks or enhances METH-CPP, respectively. Moreover, silencing the PrL to dCA1 glutamatergic pathway with tetanus neurotoxin (TeNT) enhances METH-CPP. These results identify a novel PrL-to-dCA1 glutamatergic pathway regulating METH-CPP.