Ageing is a major risk factor for many neurological pathologies, but its mechanisms remain unclear. Unlike other tissues, the parenchyma of the central nervous system (CNS) lacks lymphatic vasculature and waste products are removed partly through a paravascular route. (Re)discovery and characterization of meningeal lymphatic vessels has prompted an assessment of their role in waste clearance from the CNS. Here we show that meningeal lymphatic vessels drain macromolecules from the CNS (cerebrospinal and interstitial fluids) into the cervical lymph nodes in mice. Impairment of meningeal lymphatic function slows paravascular influx of macromolecules into the brain and efflux of macromolecules from the interstitial fluid, and induces cognitive impairment in mice. Treatment of aged mice with vascular endothelial growth factor C enhances meningeal lymphatic drainage of macromolecules from the cerebrospinal fluid, improving brain perfusion and learning and memory performance. Disruption of meningeal lymphatic vessels in transgenic mouse models of Alzheimer’s disease promotes amyloid-β deposition in the meninges, which resembles human meningeal pathology, and aggravates parenchymal amyloid-β accumulation. Meningeal lymphatic dysfunction may be an aggravating factor in Alzheimer’s disease pathology and in age-associated cognitive decline. Thus, augmentation of meningeal lymphatic function might be a promising therapeutic target for preventing or delaying age-associated neurological diseases. Meningeal lymphatic dysfunction promotes amyloid-β deposition in the meninges and worsens brain amyloid-β pathology, acting as an aggravating factor in Alzheimer’s disease and in age-associated cognitive decline; improving meningeal lymphatic function could help to prevent or delay age-associated neurological diseases.

Stephen Rich and colleagues report the discovery and fine mapping of type 1 diabetes susceptibility loci using the Immunochip. They also perform comparative analyses with 15 other immune disorders and find evidence of colocalization of causal variants with lymphoid gene enhancers. Genetic studies of type 1 diabetes (T1D) have identified 50 susceptibility regions1,2, finding major pathways contributing to risk3, with some loci shared across immune disorders4,5,6. To make genetic comparisons across autoimmune disorders as informative as possible, a dense genotyping array, the Immunochip, was developed, from which we identified four new T1D-associated regions (P < 5 × 10−8). A comparative analysis with 15 immune diseases showed that T1D is more similar genetically to other autoantibody-positive diseases, significantly most similar to juvenile idiopathic arthritis and significantly least similar to ulcerative colitis, and provided support for three additional new T1D risk loci. Using a Bayesian approach, we defined credible sets for the T1D-associated SNPs. The associated SNPs localized to enhancer sequences active in thymus, T and B cells, and CD34+ stem cells. Enhancer-promoter interactions can now be analyzed in these cell types to identify which particular genes and regulatory sequences are causal.

Summary

 The triglycerides in chylomicrons are hydrolyzed by lipoprotein lipase (LpL) along the luminal surface of the capillaries. However, the endothelial cell molecule that facilitates chylomicron processing by LpL has not yet been defined. Here, we show that glycosylphosphatidylinositol-anchored high-density lipoprotein-binding protein 1 (GPIHBP1) plays a critical role in the lipolytic processing of chylomicrons. Gpihbp1-deficient mice exhibit a striking accumulation of chylomicrons in the plasma, even on a low-fat diet, resulting in milky plasma and plasma triglyceride levels as high as 5000 mg/dl. Normally, Gpihbp1 is expressed highly in heart and adipose tissue, the same tissues that express high levels of LpL. In these tissues, GPIHBP1 is located on the luminal face of the capillary endothelium. Expression of GPIHBP1 in cultured cells confers the ability to bind both LpL and chylomicrons. These studies strongly suggest that GPIHBP1 is an important platform for the LpL-mediated processing of chylomicrons in capillaries.

Depressive disorders often run in families, which, in addition to the genetic component, may point to the microbiome as a causative agent. Here, we employed a combination of behavioral, molecular and computational techniques to test the role of the microbiota in mediating despair behavior. In chronically stressed mice displaying despair behavior, we found that the microbiota composition and the metabolic signature dramatically change. Specifically, we observed reduced Lactobacillus and increased circulating kynurenine levels as the most prominent changes in stressed mice. Restoring intestinal Lactobacillus levels was sufficient to improve the metabolic alterations and behavioral abnormalities. Mechanistically, we identified that Lactobacillus-derived reactive oxygen species may suppress host kynurenine metabolism, by inhibiting the expression of the metabolizing enzyme, IDO1, in the intestine. Moreover, maintaining elevated kynurenine levels during Lactobacillus supplementation diminished the treatment benefits. Collectively, our data provide a mechanistic scenario for how a microbiota player (Lactobacillus) may contribute to regulating metabolism and resilience during stress.

Alzheimer’s disease (AD) is the most prevalent cause of dementia1. Although there is no effective treatment for AD, passive immunotherapy with monoclonal antibodies against amyloid beta (Aβ) is a promising therapeutic strategy2,3. Meningeal lymphatic drainage has an important role in the accumulation of Aβ in the brain4, but it is not known whether modulation of meningeal lymphatic function can influence the outcome of immunotherapy in AD. Here we show that ablation of meningeal lymphatic vessels in 5xFAD mice (a mouse model of amyloid deposition that expresses five mutations found in familial AD) worsened the outcome of mice treated with anti-Aβ passive immunotherapy by exacerbating the deposition of Aβ, microgliosis, neurovascular dysfunction, and behavioural deficits. By contrast, therapeutic delivery of vascular endothelial growth factor C improved clearance of Aβ by monoclonal antibodies. Notably, there was a substantial overlap between the gene signature of microglia from 5xFAD mice with impaired meningeal lymphatic function and the transcriptional profile of activated microglia from the brains of individuals with AD. Overall, our data demonstrate that impaired meningeal lymphatic drainage exacerbates the microglial inflammatory response in AD and that enhancement of meningeal lymphatic function combined with immunotherapies could lead to better clinical outcomes. Meningeal lymphatic drainage can affect the microglial inflammatory response and anti-amyloid-β immunotherapy in mouse models of Alzheimer’s disease.

Abstract We report the largest and most ancestrally diverse genetic study of type 1 diabetes (T1D) to date (61,427 participants), yielding 152 regions associated to false discovery rate < 0.01, including 36 regions associated to genome-wide significance for the first time. Credible sets of disease-associated variants are specifically enriched in immune cell accessible chromatin, particularly in CD4 + effector T cells. Colocalization with chromatin accessibility quantitative trait loci (QTL) in CD4 + T cells identified five regions where differences in T1D risk and chromatin accessibility are potentially driven by the same causal variant. Allele-specific chromatin accessibility further refined the set of putative causal variants with functional relevance in CD4 + T cells and integration of whole blood expression QTLs identified candidate T1D genes, providing high-yield targets for mechanistic follow-up. We highlight rs72938038 in BACH2 as a candidate causal T1D variant, where the T1D risk allele leads to decreased enhancer accessibility and BACH2 expression in T cells. Finally, we prioritise potential drug targets by integrating genetic evidence, functional genomic maps, and immune protein-protein interactions, identifying 12 genes implicated in T1D that have been targeted in clinical trials for autoimmune diseases. These findings provide an expanded genomic landscape for T1D, including proposed genetic regulatory mechanisms of T1D-associated variants and genetic support for therapeutic targets for immune intervention.

Epithelial tissues such as lung and skin are exposed to the environment and therefore particularly vulnerable to damage during injury or infection. Rapid repair is therefore essential to restore function and organ homeostasis. Dysregulated epithelial tissue repair occurs in several human disease states, yet how individual cell types communicate and interact to coordinate tissue regeneration is incompletely understood. Here, we show that pannexin 1 (Panx1), a cell membrane channel activated by caspases in dying cells, drives efficient epithelial regeneration after tissue injury by regulating injury-induced epithelial proliferation. Lung airway epithelial injury promotes the Panx1-dependent release of factors including ATP, from dying epithelial cells, which regulates macrophage phenotype after injury. This process, in turn, induces a reparative response in tissue macrophages that includes the induction of the soluble mitogen amphiregulin, which promotes injury-induced epithelial proliferation. Analysis of regenerating lung epithelium identified Panx1-dependent induction of Nras and Bcas2 , both of which positively promoted epithelial proliferation and tissue regeneration in vivo. We also established that this role of Panx1 in boosting epithelial repair after injury is conserved between mouse lung and zebrafish tailfin. These data identify a Panx1-mediated communication circuit between epithelial cells and macrophages as a key step in promoting epithelial regeneration after injury.

Abstract Coronary artery disease (CAD) is a complex inflammatory disease involving genetic influences across several cell types. Genome-wide association studies (GWAS) have identified over 170 loci associated with CAD, where the majority of risk variants reside in noncoding DNA sequences impacting cis -regulatory elements (CREs). Here, we applied single-cell ATAC-seq to profile 28,316 cells across coronary artery segments from 41 patients with varying stages of CAD, which revealed 14 distinct cellular clusters. We mapped ~320,000 accessible sites across all cells, identified cell type-specific elements, transcription factors, and prioritized functional CAD risk variants via quantitative trait locus and sequence-based predictive modeling. We identified a number of candidate mechanisms for smooth muscle cell transition states and identified putative binding sites for risk variants. We further employed CRE to gene linkage to nominate disease-associated key driver transcription factors such as PRDM16 and TBX2. This single cell atlas provides a critical step towards interpreting cis -regulatory mechanisms in the vessel wall across the continuum of CAD risk.

ABSTRACT Genome-wide association studies (GWASs) for osteoporotic traits have identified over 1000 associations; however, their impact has been limited by the difficulties of causal gene identification and a strict focus on bone mineral density (BMD). Here, we used Diversity Outbred (DO) mice to directly address these limitations by performing the first systems genetics analysis of 55 complex skeletal phenotypes. We applied a network approach to cortical bone RNA-seq data to discover 72 genes likely to be causal for human BMD GWAS associations, including the novel genes SERTAD4 and GLT8D2 . We also performed GWAS in the DO for a wide-range of bone traits and identified Qsox1 as a novel gene influencing cortical bone accrual and bone strength. Our results provide a new perspective on the genetics of osteoporosis and highlight the ability of the mouse to inform human genetics.

Abstract Genome-wide association studies (GWASs) have revolutionized our understanding of the genetics of complex diseases, such as osteoporosis; however, the challenge has been converting associations to causal genes. Studies have demonstrated the utility of transcriptomics data in linking disease-associated variants to genes; though for osteoporosis, few population transcriptomics datasets have been generated on bone or bone cells, and an even smaller number have profiled individual cell-types. To begin to evaluate approaches to address this challenge, we profiled the transcriptomes of bone marrow-derived stromal cells (BMSCs) cultured under osteogenic conditions, a popular model of osteoblast differentiation and activity, from five Diversity Outbred (DO) mice using single-cell RNA-seq (scRNA-seq). The goal of the study was to determine if BMSCs could serve as a model for the generation of cell-type specific transcriptomic profiles of mesenchymal lineage cells derived from large populations of mice to inform genetic studies. We demonstrate that dissociation of BMSCs from a heavily mineralized matrix had little effect on viability or their transcriptomic signatures. Furthermore, we show that BMSCs cultured under osteogenic conditions are diverse and consist of cells with characteristics of mesenchymal progenitors, marrow adipogenic lineage precursors (MALPs), osteoblasts, osteocyte-like cells, and immune cells. Importantly, all cells were nearly identical from a transcriptomic perspective to cells isolated directly from bone. We also demonstrated the ability to multiplex single cells and subsequently assign cells to their “mouse-of-origin” using demultiplexing approaches based on genotypes inferred from coding SNPs. We employed scRNA-seq analytical tools to confirm the biological identity of profiled cell-types. SCENIC was used to reconstruct gene regulatory networks (GRNs) and we showed that identified cell-types show GRNs expected of osteogenic and pre-adipogenic lineage cells. Further, CELLECT analysis showed that osteoblasts, osteocyte-like cells, and MALPs captured a significant component of BMD heritability. Together, these data suggest that BMSCs cultured under osteogenic conditions coupled with scRNA-seq can be used as a scalable and biologically informative model to generate cell-type specific transcriptomic profiles of mesenchymal lineage cells in large mouse, and potentially human, populations.