Fibroblast-specific Il-11 expression causes heart and kidney fibrosis and organ failure, whereas IL-11 inhibition prevents fibroblast activation and organ fibrosis, indicating that IL-11 inhibition is a potential therapeutic strategy to treat fibrotic diseases. Fibrosis—the overproduction of fibrous connective tissue—is a feature of many diseases and can contribute to pathology by causing scarring, thickening of tissue and interference with normal organ function. In the heart, fibrosis can cause mechanical and electrical dysfunction. Stuart Cook and colleagues identify a protein that has a crucial role in cardiac fibrosis: the cytokine IL-11. They find that, in primary human cardiac fibroblasts, transcription of IL-11 is a dominant response to transforming growth factor beta (TGFβ) exposure and that it is required for the pro-fibrotic effect of TGFβ. Loss of IL-11 reduced fibrosis in three preclinical models of cardiovascular fibrosis, leading the authors to propose IL-11 as a therapeutic target. Fibrosis is a common pathology in cardiovascular disease1. In the heart, fibrosis causes mechanical and electrical dysfunction1,2 and in the kidney, it predicts the onset of renal failure3. Transforming growth factor β1 (TGFβ1) is the principal pro-fibrotic factor4,5, but its inhibition is associated with side effects due to its pleiotropic roles6,7. We hypothesized that downstream effectors of TGFβ1 in fibroblasts could be attractive therapeutic targets and lack upstream toxicity. Here we show, using integrated imaging–genomics analyses of primary human fibroblasts, that upregulation of interleukin-11 (IL-11) is the dominant transcriptional response to TGFβ1 exposure and required for its pro-fibrotic effect. IL-11 and its receptor (IL11RA) are expressed specifically in fibroblasts, in which they drive non-canonical, ERK-dependent autocrine signalling that is required for fibrogenic protein synthesis. In mice, fibroblast-specific Il11 transgene expression or Il-11 injection causes heart and kidney fibrosis and organ failure, whereas genetic deletion of Il11ra1 protects against disease. Therefore, inhibition of IL-11 prevents fibroblast activation across organs and species in response to a range of important pro-fibrotic stimuli. These results reveal a central role of IL-11 in fibrosis and we propose that inhibition of IL-11 is a potential therapeutic strategy to treat fibrotic diseases.

Abstract Upstream open reading frames (uORFs) are important tissue-specific cis -regulators of protein translation. Although isolated case reports have shown that variants that create or disrupt uORFs can cause disease, genetic sequencing approaches typically focus on protein-coding regions and ignore these variants. Here, we describe a systematic genome-wide study of variants that create and disrupt human uORFs, and explore their role in human disease using 15,708 whole genome sequences collected by the Genome Aggregation Database (gnomAD) project. We show that 14,897 variants that create new start codons upstream of the canonical coding sequence (CDS), and 2,406 variants disrupting the stop site of existing uORFs, are under strong negative selection. Furthermore, variants creating uORFs that overlap the CDS show signals of selection equivalent to coding loss-of-function variants, and uORF-perturbing variants are under strong selection when arising upstream of known disease genes and genes intolerant to loss-of-function variants. Finally, we identify specific genes where perturbation of uORFs is likely to represent an important disease mechanism, and report a novel uORF frameshift variant upstream of NF2 in families with neurofibromatosis. Our results highlight uORF-perturbing variants as an important and under-recognised functional class that can contribute to penetrant human disease, and demonstrate the power of large-scale population sequencing data to study the deleteriousness of specific classes of non-coding variants.

Abstract Interleukin 11 (IL11) is upregulated in inflammatory conditions where it is believed to have anti-inflammatory activity. However, recent studies suggest instead that IL11 may promote inflammation, via the stroma. Here, we assessed whether IL11 is pro- or anti-inflammatory in fibroblasts. Primary cultures of human kidney, lung or skin fibroblasts were stimulated with IL11 that resulted in transient STAT3 phosphorylation and bi-modal ERK activation. RNA sequencing over a time course of IL11 stimulation revealed a robust short-lived transcriptional response, which was enriched for gene set hallmarks of inflammation and characterized by upregulation of SERPINB2, TNFRSF18, IL33, CCL20, IL1RL1, CXCL3/5/8, ICAM1 and IL11 itself. IL33 was the most upregulated signaling factor (38-fold, P=9.8×10 −5 ) and IL1RL1 , its cognate receptor, was similarly increased (18-fold, P=1.1×10 −34 ). In proteomic studies, IL11 triggered a proinflammatory secretome with notable upregulation of IL8, IL6, MCP1, CCL20 and CXCL1/5/6, which are important chemotaxins for neutrophils, monocytes and lymphocytes. IL11 induced IL33 expression across fibroblast types and inhibition of STAT3, but not MEK/ERK, prevented this. These data establish IL11 as pro-inflammatory with specific importance for priming the IL33 alarmin response in inflammatory fibroblasts.

For healthspan and lifespan, ERK, AMPK and mTORC1 represent critical pathways and inflammation is a centrally important hallmark

Abstract Genetic loss of function (LOF) in IL11RA infers IL11 signaling as important for fertility, fibrosis, inflammation and craniosynostosis. The impact of genetic LOF in IL11 has not been characterized. We generated IL11-knockout (Il11 -/- ) mice, which are born in normal Mendelian ratios, have normal hematological profiles and are protected from bleomycin-induced lung fibro-inflammation. Noticeably, baseline IL6 levels in the lungs of Il11 -/- mice are lower than those of wild-type mice and are not induced by bleomycin damage, placing IL11 upstream of IL6. Lung fibroblasts from Il11 -/- mice are resistant to pro-fibrotic stimulation and show evidence of reduced autocrine IL11 activity. Il11 -/- female mice are infertile. Unlike Il11ra1 -/- mice, Il11 -/- mice do not have a craniosynostosis-like phenotype and exhibit mildly reduced body weights. These data highlight similarities and differences between LOF in IL11 or IL11RA while establishing further the role of IL11 signaling in fibrosis and stromal inflammation.

Abstract Human ageing is associated with metabolic dysfunction, sarcopenia and frailty that taken together reduce healthspan. For age-associated diseases and lifespan, ERK, AMPK and mTORC1 represent critical pathways, across species 1–7 . Here we examined the hypothesis that IL11, recently shown to regulate ERK/mTORC1, is an inflammaging factor important for healthspan. As mice age, IL11 is progressively upregulated in liver, skeletal muscle, and fat to stimulate an ERK/AMPK/mTORC1 axis of cellular, tissue- and organismal-level ageing pathologies. In old mice, deletion of Il11 or Il11ra1 protects against metabolic multi-morbidity, sarcopenia, and frailty. Administration of anti-IL11 therapy to elderly mice for six months reactivates an age-repressed program of white fat beiging, reverses metabolic dysfunction, restores muscle function, and reduces frailty. Across studies, inhibition of IL11 lowers epigenetic age, reduces telomere attrition, and preserves mitochondrial function. Towards clinical translation, we generated, humanised, and engineered a neutralising, high-affinity IL11 antibody. These studies identify IL11 as a key inflammaging factor and therapeutic target for mammalian healthspan.

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) remains a progressive disease despite best medical management. We previously identified IL-11 as a critical factor for cardiovascular fibrosis and examine here its role in pulmonary fibrosis. IL-11 is consistently upregulated in IPF genomic datasets, which we confirmed by histology. Pulmonary fibroblasts stimulated with IL-11 transform into invasive myofibroblasts whereas fibroblasts from Il11ra deleted mice did not respond to pro-fibrotic stimuli. In the mouse, injection of recombinant Il-11 or fibroblast-specific expression of Il-11 caused pulmonary fibrosis. We then generated a neutralising IL-11 binding antibody that blocks lung fibroblast activation across species. In a mouse model of IPF, anti-IL-11 therapy attenuated lung fibrosis and specifically blocked ERK activation. These data prioritise IL-11 as an accessible drug target in IPF.

Abstract Background Untranslated regions (UTRs) are important mediators of post-transcriptional regulation. The length of UTRs and the composition of regulatory elements within them are known to vary substantially across genes, but little is known about the reasons for this variation in humans. Here, we set out to determine whether this variation, specifically in 5’UTRs, correlates with gene dosage sensitivity. Results We investigated 5’UTR length, the number of alternative transcription start sites, the potential for alternative splicing, the number and type of upstream open reading frames (uORFs) and the propensity of 5’UTRs to form secondary structures. We explored how these elements vary by gene tolerance to loss-of-function (LoF; using the LOEUF metric), and in genes where changes in dosage are known to cause disease. We show that LOEUF correlates with 5’UTR length and complexity. Genes that are most intolerant to LoF have longer 5’UTRs ( P <1×10 −15 ), greater TSS diversity ( P <1× 10 −15 ), and more upstream regulatory elements than their LoF tolerant counterparts. We show that these differences are evident in disease gene-sets, but not in recessive developmental disorder genes where LoF of a single allele is tolerated. Conclusions Our results confirm the importance of post-transcriptional regulation through 5’UTRs in tight regulation of mRNA and protein levels, particularly for genes where changes in dosage are deleterious and lead to disease. Finally, to support gene-based investigation we release a web-based browser tool, VuTR ( https://vutr.rarediseasegenomics.org/ ), that supports exploration of the composition of individual 5’UTRs and the impact of genetic variation within them.

Acetaminophen (APAP) overdose is a leading cause of untreatable liver failure. In the mouse model of APAP-induced liver injury (AILI), the administration of recombinant human interleukin 11 (rhIL11) is protective. Here we show that the beneficial effect of rhIL11 in the mouse is due to its unexpected and paradoxical inhibition of endogenous mouse IL11 activity. Contrary to the accepted paradigm IL11 is a potent hepatotoxin across species, which is secreted from damaged hepatocytes to drive an autocrine loop of NOX4 and JNK-dependent apoptosis. Mice with hepatocyte-specific Il11 expression spontaneously develop liver failure whereas those with Il11ra1 deletion are remarkably protected from AILI. Neutralizing anti-IL11R antibodies administered to moribund mice 10 hours following a lethal APAP overdose results in 90% survival that is associated with very large liver regeneration. Our data overturn a misconception, identify a new disease mechanism and suggest IL11 as a therapeutic target for liver regeneration.

Ribosome profiling (Ribo-Seq) reveals genome-wide translation rates via the quantification of ribosome protected fragments (RPFs) of mRNAs. Several methods have recently been developed to detect differentially translated genes (DTGs) using Ribo-seq: Xtail, Ribodiff and Riborex. At their core, all of these approaches either utilize existing differential expression programs or use similar statistical assumptions to model the data. However, none of them allow for complex experimental design or the use of alternative statistical setups and crucially, they do not allow for correction of any batch effects. We tailored the open design of a well established tool, DEseq2 to identify DTGs directly which can then also be extended to accommodate covariates and other experimental setups, making it a more suitable tool for identifying DTGs. We performed a comprehensive benchmarking analysis on simulated and primary human fibroblast dataset and show that this approach outperforms all the other methods in presence of a batch effect. With increasing batch effect, the sensitivity of DESeq drops by 22.7%, whereas all other methods drop by greater than 80%, making them substantially less reliable. Since almost all high-throughput sequencing datasets contain batch effects, particularly heterogeneous samples such as human tissues or primary cells, DESeq2-based analysis of differential translation will deliver the most reliable results.