Myocardial infarction is a leading cause of death worldwide1. Although advances have been made in acute treatment, an incomplete understanding of remodelling processes has limited the effectiveness of therapies to reduce late-stage mortality2. Here we generate an integrative high-resolution map of human cardiac remodelling after myocardial infarction using single-cell gene expression, chromatin accessibility and spatial transcriptomic profiling of multiple physiological zones at distinct time points in myocardium from patients with myocardial infarction and controls. Multi-modal data integration enabled us to evaluate cardiac cell-type compositions at increased resolution, yielding insights into changes of the cardiac transcriptome and epigenome through the identification of distinct tissue structures of injury, repair and remodelling. We identified and validated disease-specific cardiac cell states of major cell types and analysed them in their spatial context, evaluating their dependency on other cell types. Our data elucidate the molecular principles of human myocardial tissue organization, recapitulating a gradual cardiomyocyte and myeloid continuum following ischaemic injury. In sum, our study provides an integrative molecular map of human myocardial infarction, represents an essential reference for the field and paves the way for advanced mechanistic and therapeutic studies of cardiac disease.

Abstract Multiple sclerosis (MS) is a prototypic chronic-inflammatory disease of the central nervous system. After initial lesion formation during active demyelination, inflammation is gradually compartmentalized and restricted to specific tissue areas such as the lesion rim in chronic-active lesions. However, the cell type-specific and spatially restricted drivers of chronic tissue damage and lesion expansion are not well understood. Here, we investigated the properties of subcortical white matter lesions by creating a cell type-specific spatial map of gene expression across various inflammatory lesion stages in MS. An integrated analysis of single-nucleus and spatial transcriptomics data enabled us to uncover patterns of glial, immune and stromal cell subtype diversity, as well as to identify cell-cell communication and signaling signatures across lesion and non-lesion tissue areas in MS. Our results provide insights into the conversion of the tissue microenvironment from a ‘homeostatic’ to a pathogenic or ‘dysfunctional’ state underlying lesion progression in MS. We expect that this study will help identify spatially resolved cell type-specific biomarkers and therapeutic targets for future interventional trials in MS.

ABSTRACT Genome-wide association studies have identified 161 genetic variants associated with coronary artery disease (CAD), but the causal genes and biological pathways remain unknown at most loci. Here, we used CRISPR knockout, inhibition and activation to target 1998 variants at 83 CAD loci to assess their effect on six vascular endothelial cell phenotypes (E-selectin, ICAM1, VCAM1, nitric oxide, reactive oxygen species, calcium signalling). We identified 42 significant variants located within 26 CAD loci. Detailed characterization of the RNA helicase DHX38 and CRISPR activation at the FURIN/FES, CCDC92/ZNF664 and CNNM2 loci revealed a strong effect on vascular endothelial cell senescence.

Abstract Highly multiplexed tissue imaging (MTI) are powerful spatial proteomics technologies that enable in situ single-cell characterization of tissues. However, analysis and visualization of MTI datasets remains challenging, and we developed the Galaxy-ME software hub to address this challenge.Galaxy-ME is a web-based, interactive software hub that enables end-to-end analysis and visualization of MTI datasets and is accessible to everyone. To demonstrate its utility, Galaxy-ME was used to analyze datasets obtained from multiple MTI assays and evaluate assay concordance in both normal and cancerous tissues. Galaxy-ME is a publicly available web resource.

ABSTRACT Healthy blood vessels supply neurons to preserve metabolic function. In blinding ischemic proliferative retinopathies (PRs), pathological neovascular tufts often emerge in lieu of needed physiological neuroretina revascularization. We show that metabolic shifts in the neurovascular niche define this angiogenic dichotomy between healthy and diseased blood vessel growth. Fatty acid oxidation (FAO) metabolites accumulated in human and murine retinopathy samples. Neovascular tufts with a distinct single-cell transcriptional signature highly expressed FAO enzymes. The deletion of Sirt3 , an FAO regulator, shifted the neurovascular niche metabolism from FAO to glycolysis and suppressed tuft formation. This metabolic transition increased Vegf expression in astrocytes and reprogrammed pathological EC to a physiological phenotype, hastening vascular regeneration of the ischemic retina. Our findings identify SIRT3 as a metabolic switch in the neurovascular niche, offering a new therapeutic target for optimizing ischemic tissue revascularization. Highlights Pathological EC favor FAO over glycolysis. Unique signature for pathological EC found in proliferative retinopathy model. Sirt3 deletion shifts astrocytes and EC metabolism from FAO to glycolysis. Metabolic reprogramming of the vascular niche enhances physiological revascularization. Graphical Abstract

Coronary artery disease (CAD) represents one of the leading causes of morbidity and mortality worldwide. Given the healthcare risks and societal impacts associated with CAD, their clinical management would benefit from improved prevention and prediction tools. Polygenic risk scores (PRS) based on an individual's genome sequence are emerging as potentially powerful biomarkers to predict the risk to develop CAD. Two recently derived genome-wide PRS have shown high specificity and sensitivity to identify CAD cases in European-ancestry participants from the UK Biobank. However, validation of the PRS predictive power and transferability in other populations is now required to support their clinical utility. We calculated both PRS (GPSCAD and metaGRSCAD) in French-Canadian individuals from three cohorts totaling 3639 prevalent CAD cases and 7382 controls and tested their power to predict prevalent, incident and recurrent CAD. We also estimated the impact of the founder French-Canadian familial hypercholesterolemia deletion (LDLR delta > 15kb deletion) on CAD risk in one of these cohorts and used this estimate to calibrate the impact of the PRS. Our results confirm the ability of both PRS to predict prevalent CAD comparable to the original reports (area under the curve (AUC) = 0.72-0.84). Furthermore, the PRS identified about 6-7% of individuals at CAD risk similar to carriers of the LDLR delta > 15kb mutation, consistent with previous estimates. However, the PRS did not perform as well in predicting incident (AUC= 0.56 - 0.60) or recurrent (AUC= 0.56 - 0.60) CAD. This result suggests that additional work is warranted to better understand how ascertainment biases and study design impact PRS for CAD. Collectively, our results confirm that novel, genome-wide PRS are able to predict CAD in French-Canadians; with further improvements, this is likely to pave the way towards more targeted strategies to predict and prevent CAD-related adverse events.

Abstract Failure of inhibiting fear in response to harmless stimuli contributes to anxiety disorders. Extinction training only temporarily suppresses fear memories in adults, but it is highly effective in juveniles. GABAergic parvalbumin-positive (PV + ) cells restrict plasticity in adult brains, thus increasing PV + cell plasticity could promote the suppression of fear memories following extinction training in adults. Histone deacetylase 2 (Hdac2) restrains both structural and functional synaptic plasticity; however, whether and how Hdac2 controls adult PV + cell plasticity is unknown. Here, we report that Hdac2 deletion or pharmacological inhibition in PV + cells attenuate spontaneous recovery of fear memory after fear extinction learning in adults. These manipulations promote a temporally restricted downregulation of Acan , a critical perineuronal net component expressed exclusively by PV + cells in medial prefrontal cortex. Finally, we show that Acan transient downregulation before extinction training but after fear memory acquisition is sufficient to reduce spontaneous fear memory recovery in wild-type mice.

Abstract Myocardial infarction (MI) continues to be a leading cause of death worldwide. Even though it is well-established that the complex interplay between different cell types determines the overall healing response after MI, the precise changes in the tissue architecture are still poorly understood. Here we generated an integrative cellular map of the acute phase after murine MI using a combination of imaging-based transcriptomics (Molecular Cartography) and antibody-based highly multiplexed imaging (Sequential Immunofluorescence), which enabled us to evaluate cell-type compositions and changes at subcellular resolution over time. One striking finding of these analyses was the identification of a novel mode of leukocyte accumulation to the infarcted heart via the endocardium - the inner layer of the heart. To investigate the underlying mechanisms driving this previously unknown infiltration route, we performed unbiased spatial proteomic analysis using Deep Visual Proteomics (DVP). When comparing endocardial cells of homeostatic hearts and infarcted hearts, DVP identified von Willebrand Factor (vWF) as an upregulated mediator of inflammation 24 hours post-MI. To further explore the immune mediating capabilities of vWF and its effect on tissue repair, we performed functional blocking of vWF during acute murine MI. This resulted in a reduced amount of infiltration by CCR2 + monocytes and worse cardiac function post-MI. Our study provides the first spatial map of acute murine MI with subcellular resolution and subsequently discovers a novel route of immune infiltration. Furthermore, we identified vWF as a critical immune mediating agent for endocardial immune cell infiltration.