Abstract Dysfunction of the sympathetic nervous system and increase of epicardial adipose tissue (EAT) have been independently associated with the occurrence of cardiac arrhythmia. However, their exact roles in triggering arrhythmia remain elusive due to a lack of appropriate human disease models. Here, using the in vitro co-culture system with sympathetic neurons, cardiomyocytes, and adipocytes, we show that adipocyte-derived leptin could activate sympathetic neurons and increase the release of NPY, which in turn trigger arrhythmia of cardiomyocytes by interaction with NPY1R and subsequently enhancing the activity of NCX and CaMKII. The arrhythmic phenotype could be partially blocked by leptin neutralizing antibody, or an inhibitor of NPY1R, NCX or CaMKII. More importantly, increased EAT thickness accompanied with higher leptin/NPY blood levels was detected in atrial fibrillation patients compared to control group. Our study provides the first evidence that adipose-neural axis would contribute to arrhythmogenesis and represent a potential therapeutic target for arrhythmia.

The essential role of U4 snRNP in pre-messenger RNA (mRNA) splicing has been well established. In this study, we utilized an antisense morpholino oligonucleotide (AMO) specifically targeting U4 snRNA to achieve functional knockdown of U4 snRNP in HeLa cells. Our results showed that this knockdown resulted in global intronic premature cleavage and polyadenylation (PCPA) events, comparable to the effects observed with U1 AMO treatment, as demonstrated by mRNA 3′-seq analysis. Furthermore, our study suggested that this may be a common phenomenon in both human and mouse cell lines. Additionally, we showed that U4 AMO treatment disrupted transcription elongation, as evidenced by chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) analysis for RNAPII. Collectively, our results identified a unique role for U4 snRNP in the inhibition of PCPA and indicated a model wherein splicing intrinsically inhibits intronic cleavage and polyadenylation in the context of cotranscriptional mRNA processing.

Abstract Human trunk development, including spine and spinal cord organogenesis, is a coordinated, orderly, and interdependent process with spatiotemporal tissue patterning. However, the underlying cellular and molecular mechanisms remain largely unclear due to the lack of an effective model that can simulate the early development of human body axis. Here, we reported the long-term patterning and dynamic morphogenesis of human trunk through the formation of spine-spinal cord organoids (SSCOs) self-organized from three-dimensional culture of human PSC-derived neuromesodermal progenitors (NMPs). The SSCOs resembled the morphogenetic features of spine and spinal cord along the anterior–posterior axis, and showed the chondro-osteogenic and neural trajectories consistent with developmental dynamics of spine and spinal cord in gestational embryo through single-cell RNA sequencing (scRNA-seq). In addition, we identified a new HMMR+ bipotent cell population with self-renewal ability and neural/mesodermal competence but distinct from NMPs, which may be involved in trunk development and represent an invaluable tool for disease modeling of spine- and spinal cord-related disorders. Graphic Abstract

Abstract Skeletal muscle ageing increases the incidence of age-associated frailty and sarcopenia in the elderly worldwide, leading to increased morbidity and mortality. However, our understanding of the cellular and molecular mechanisms of muscle ageing is still far from complete. Here, we generate a single-cell and single-nucleus transcriptomic atlas of skeletal muscle ageing from 15 donors across the adult human lifespan, accompanied by myofiber typing using imaging. Our atlas reveals ageing mechanisms acting across different compartments of the muscle, including muscle stem cells (MuSCs), myofibers and the muscle microenvironment. Firstly, we uncover two mechanisms driving MuSC ageing, namely a decrease in ribosome biogenesis and an increase in inflammation. Secondly, we identify a set of nuclei populations explaining the preferential degeneration of the fast-twitch myofibers and suggest two mechanisms acting to compensate for their loss. Importantly, we identify a neuromuscular junction accessory population, which helps myofiber to compensate for aged-related denervation. Thirdly, we reveal multiple microenvironment cell types contributing to the inflammatory milieu of ageing muscle by producing cytokines and chemokines to attract immune cells. Finally, we provide a comparable mouse muscle ageing atlas and further investigate conserved and specific ageing hallmarks across species. In summary, we present a comprehensive human skeletal muscle ageing resource by combining different data modalities, which significantly expands our understanding of muscle biology and ageing.

Abstract It has recently been shown that CFIm25, a canonical mRNA 3’ processing factor, could play a variety of physiological roles through its molecular function in the regulation of mRNA alternative polyadenylation (APA). Here, we used CRISPR/Cas9-mediated gene editing approach in human embryonic stem cells (hESCs) for CFIm25, and obtained three gene knockdown/mutant cell lines. CFIm25 gene editing resulted in higher proliferation rate and impaired differentiation potential for hESCs, with these effects likely to be directly regulated by the target genes, including the pluripotency factor rex1 . Mechanistically, we unexpected found that perturbation in CFIm25 gene expression did not significantly affect cellular mRNA 3’ processing efficiency and APA profile. Rather, we provided evidences that CFIm25 may impact RNA polymerase II (RNAPII) occupancy at the body of transcribed genes, and promote the expression level of a group of transcripts associated with cellular proliferation and/or differentiation. Further study indicated that CFIm25 association with LEO1, an RNAPII associated factor, might contribute to the effect. Taken together, these results reveal novel mechanisms underlying CFIm25’s modulation in determination of cell fate, and provide evidence that the process of mammalian gene transcription may be regulated by an mRNA 3’ processing factor.

Abstract Leydig cell failure (LCF) caused by gene mutation results in testosterone deficiency and infertility. Serum testosterone levels can be recovered via testosterone replacement; however, established therapies have shown limited success in restoring fertility. Here, we used a luteinizing hormone/choriogonadotrophin receptor ( Lhcgr )-deficient mouse model of genetic LCF to investigate the feasibility of gene therapy for restoring testosterone production and fertility. We screened several adeno-associated virus (AAV) serotypes and identified AAV8 as an efficient vector to drive exogenous Lhcgr expression in progenitor Leydig cells through interstitial injection. We observed considerable testosterone recovery and Leydig cell maturation after AAV8-Lhcgr treatment in pubertal Lhcgr -/- mice. This gene therapy substantially recovered sexual development, partially restored spermatogenesis and effectively produced fertile offspring. Furthermore, these favorable effects could be reproduced in adult Lhcgr -/- mice. Our proof-of-concept experiments in this mouse model demonstrate that AAV-mediated gene therapy may represent a promising therapeutic approach for patients with genetic LCF.

Abstract Background: Testicular aging is known to cause male age-related fertility decline and hypogonadism, but the underlying molecular mechanisms remain unclear. Methods: We survey the single-cell transcriptomic landscape of testes from young and old men and examine age-related changes in germline and somatic niche cells. Results: In-depth evaluation of the gene expression dynamics of germline cells reveals that disturbance of base-excision repair pathway is a major feature of aging spermatogonial stem cells (SSCs), suggesting that defective DNA repair of SSCs may serve as a potential driver for increased de novo germline mutations with age. Further analysis of aging-associated transcriptional changes shows that stress-related changes and apoptotic signaling pathway accumulate in aged somatic cells. We identify age-related impairment of redox homeostasis in aged Leydig cells and find that pharmacological treatment with antioxidants alleviate this cellular dysfunction of Leydig cells and promote testosterone production. Lastly, our results reveal that decreased pleiotrophin (PTN) signaling is a contributing factor for testicular aging. Conclusions: These findings provide a comprehensive understanding of the cell-type-specific mechanisms underlying human testicular aging at a single-cell resolution, and suggest potential therapeutic targets that may be leveraged to address age-related male fertility decline and hypogonadism. Funding: This work was supported by the National Key Research and Development Program of China (2018YFA0107200, 2018YFA0801404), the National Natural Science Foundation of China (32130046, 82171564, 82101669, 81871110, 81971759), the Key Research and Development Program of Guangdong Province (2019B020234001), the Natural Science Foundation of Guangdong Province, China (2022A1515010371), the Major Project of Medical Science and Technology Development Research Center of National Health Planning Commission, China (HDSL202001000), the Open Project of NHC Key Laboratory of Male Reproduction and Genetics (Family Planning Research Institute of Guangdong Province) (KF202001), the Guangdong Province Regional Joint Fund-Youth Fund Project (2021A1515110921), the China Postdoctoral Science Foundation (2021M703736).

Abstract Functional depletion of U1 snRNP with a 25 nt U1 AMO (antisense morpholino oligonucleotides) may lead to intronic premature cleavage and polyadenylation (PCPA) of thousands of genes, a phenomenon known as U1 snRNP telescripting; however, the underlying mechanism remains elusive. In this study, we demonstrated that U1 AMO could disrupt U1 snRNP structure both in vitro and in vivo, thereby affecting U1 snRNP/RNAP polymerase II (RNAPII) interaction. We further showed that U1 AMO treatment might promote RNAPII disassociation with pre-mRNA in an RNA pull-down assay. By performing ChIP-seq for phosphorylation of Ser2 (Ser2P) and Ser5 (Ser5P) of the C-terminal domain (CTD) of RNA polymerase II (RNAPII), we showed that transcription elongation was disturbed upon U1 AMO treatment, with a particular high Ser2P signal at intronic cryptic polyadenylation sites (PASs). In addition, we showed that core 3’ processing factors CPSF/CstF are involved in the processing of intronic cryptic PAS. Their recruitment accumulated toward cryptic PASs upon U1 AMO treatment, as indicated by ChIP-seq and iCLIP-seq analysis. Furthermore, we showed that most of these PCPAed transcripts could be exported to cytoplasm and have the potential to be translated. Conclusively, our data provide more insight into U1 snRNP telescripting, and suggest a common theme that modulation of transcription elongation may be an important mode for the regulation of mRNA polyadenylation.