Abstract Nanomaterials with enzyme‐like activities (nanozymes) attracts significant interest due to their therapeutic potential for the treatment of various diseases. Herein, we report that a Mn 3 O 4 nanozyme functionally mimics three major antioxidant enzymes, that is, superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPx) and the multienzyme activity is size as well as morphology‐dependent. The redox modulatory effect of Mn 3 O 4 plays a crucial role in protecting the cells from MPP+ induced cytotoxicity in a Parkinson disease (PD)‐like cellular model, indicating that manganese‐based nanomaterials having multi‐enzyme activity can robustly rescue the cells from oxidative damage and thereby possess therapeutic potential to prevent ROS‐mediated neurological disorders.

Nanomaterials with enzyme-like properties has attracted significant interest, although limited information is available on their biological activities in cells. Here we show that V2O5 nanowires (Vn) functionally mimic the antioxidant enzyme glutathione peroxidase by using cellular glutathione. Although bulk V2O5 is known to be toxic to the cells, the property is altered when converted into a nanomaterial form. The Vn nanozymes readily internalize into mammalian cells of multiple origin (kidney, neuronal, prostate, cervical) and exhibit robust enzyme-like activity by scavenging the reactive oxygen species when challenged against intrinsic and extrinsic oxidative stress. The Vn nanozymes fully restore the redox balance without perturbing the cellular antioxidant defense, thus providing an important cytoprotection for biomolecules against harmful oxidative damage. Based on our findings, we envision that biocompatible Vn nanowires can provide future therapeutic potential to prevent ageing, cardiac disorders and several neurological conditions, including Parkinson's and Alzheimer's disease.

Blood vessels are lined by endothelial cells engaged in distinct organ-specific functions but little is known about their characteristic gene expression profiles. RNA-Sequencing of the brain, lung, and heart endothelial translatome identified specific pathways, transporters and cell-surface markers expressed in the endothelium of each organ, which can be visualized at http://www.rehmanlab.org/ribo. We found that endothelial cells express genes typically found in the surrounding tissues such as synaptic vesicle genes in the brain endothelium and cardiac contractile genes in the heart endothelium. Complementary analysis of endothelial single cell RNA-Seq data identified the molecular signatures shared across the endothelial translatome and single cell transcriptomes. The tissue-specific heterogeneity of the endothelium is maintained during systemic in vivo inflammatory injury as evidenced by the distinct responses to inflammatory stimulation. Our study defines endothelial heterogeneity and plasticity and provides a molecular framework to understand organ-specific vascular disease mechanisms and therapeutic targeting of individual vascular beds.Blood vessels supply nutrients, oxygen and other key molecules to all of the organs in the body. Cells lining the blood vessels, called endothelial cells, regulate which molecules pass from the blood to the organs they supply. For example, brain endothelial cells prevent toxic molecules from getting into the brain, and lung endothelial cells allow immune cells into the lungs to fight off bacteria or viruses.Determining which genes are switched on in the endothelial cells of major organs might allow scientists to determine what endothelial cells do in the brain, heart, and lung, and how they differ; or help scientists deliver drugs to a particular organ. If endothelial cells from different organs switch on different groups of genes, each of these groups of genes can be thought of as a ‘genetic signature’ that identifies endothelial cells from a specific organ.Now, Jambusaria et al. show that brain, heart, and lung endothelial cells have distinct genetic signatures. The experiments used mice that had been genetically modified to have tags on their endothelial cells. These tags made it possible to isolate RNA – a molecule similar to DNA that contains the information about which genes are active – from endothelial cells without separating the cells from their tissue of origin. Next, RNA from endothelial cells in the heart, brain and lung was sequenced and analyzed.The results show that each endothelial cell type has a distinct genetic signature under normal conditions and infection-like conditions. Unexpectedly, the experiments also showed that genes that were thought to only be switched on in the cells of specific tissues are also on in the endothelial cells lining the blood vessels of the tissue. For example, genes switched on in brain cells are also active in brain endothelial cells, and genes allowing heart muscle cells to pump are also on in the endothelial cells of the heart blood vessels.The endothelial cell genetic signatures identified by Jambusaria et al. can be used as “postal codes” to target drugs to a specific organ via the endothelial cells that feed it. It might also be possible to use these genetic signatures to build organ-specific blood vessels from stem cells in the laboratory. Future work will try to answer why endothelial cells serving the heart and brain use genes from these organs.

The novel coronavirus disease 2019 (COVID-19) caused by the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has evolved into a worldwide pandemic. Early data suggest that the prevalence and severity of COVID-19 appear to be higher among patients with underlying cardiovascular risk factors. Despite the expression of angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), a functional receptor for SARS-CoV-2 infection, in cardiomyocytes, there has been no conclusive evidence of direct viral infection although the presence of inflammation and viral genome within the hearts of COVID-19 patients have been reported. Here we transduced A549 lung epithelial cells with lentivirus overexpressing selected genes of the SARS-CoV-2. We then isolated extracellular vesicles (EVs) from the supernatant of A549 cells and detected the presence of viral RNA within the purified EVs. Importantly, we observed that human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) were able to actively uptake these EVs and viral genes were subsequently detected in the cardiomyocytes. Accordingly, uptake of EVs containing viral genes led to an upregulation of inflammation-related genes in hiPSC-CMs. Thus, our findings indicate that SARS-CoV-2 RNA-containing EVs represent an indirect route of viral RNA entry into cardiomyocytes.

Abstract Given their ancient evolutionary origins, eukaryotic mitochondria possess multiple vestiges of their prokaryotic ancestors. One such factor is the N-terminal formylation of proteins encoded by mitochondrial DNA. N-formylated proteins are also released by bacteria and trigger activation of immune cells such as neutrophils. Growing evidence indicate that circulating levels of mitochondrial formyl proteins are elevated in the serum of patients with excessive inflammatory responses and trigger neutrophil activation like their bacterial counterparts. However, the cellular source of these proteins, and the mechanism by which they are released into the circulation is not known. In this study, we have identified vascular endothelial cells as a source of mitophagy induced release of formyl proteins in response to inflammatory mediators in vitro. Mechanistically, endothelial mitophagy required activation of the Pink1 pathway. Using liposomal delivery of sgRNA targeting Pink1 in mice expressing endothelial-specific Cas9, we developed a mouse model in which Pink1 is specifically depleted in the endothelium. Deletion of endothelial Pink1 was remarkably protective in endotoxin-induced lung inflammation, resulting in reduced neutrophil infiltration and significantly reduced death in mice. We thus propose that endothelial cells upregulate pro-inflammatory mitophagy in response to inflammation, leading to release of mitochondrial formyl peptides and detrimental neutrophil recruitment into the lung.

The ability to coordinate behavioral responses with metabolic status is fundamental to the maintenance of energy homeostasis. In numerous species including C. elegans and mammals, neural serotonin signaling regulates a range of food-related behaviors. However, the mechanisms that integrate metabolic information with serotonergic circuits are poorly characterized. Here, we identify metabolic, molecular, and cellular components of a circuit that links peripheral metabolic state to serotonin-regulated behaviors in C. elegans. We find that blocking the entry of fatty acyl-CoAs into peroxisomal β-oxidation in the intestine results in blunting of the effects of neural serotonin signaling on feeding and egg-laying behaviors. Comparative genomics and metabolomics revealed that interfering with intestinal peroxisomal β-oxidation results in a modest global transcriptional change but significant changes to the metabolome, including a large number of changes in ascaroside and phospholipid species, some of which affect feeding behavior. We also identify body cavity neurons and an ether-a-go-go related (EAG) potassium channel that functions in these neurons as key cellular components of the circuitry linking peripheral metabolic signals to regulation of neural serotonin signaling. These data raise the possibility that the effects of serotonin on satiety may have their origins in feedback, homeostatic metabolic responses from the periphery.