ABSTRACT Coronary artery disease (CAD) is the leading cause of death worldwide. Recent meta-analyses of genome-wide association studies (GWAS) have identified over 175 loci associated with CAD. The majority of these loci are in non-coding regions and are predicted to regulate gene expression. Given that vascular smooth muscle cells (SMCs) play critical roles in the development and progression of CAD, we hypothesized that a subset of the CAD GWAS risk loci are associated with the regulation of transcription in distinct SMC phenotypes. Here, we measured gene expression in SMCs isolated from the ascending aortas of 151 ethnically diverse heart transplant donors in quiescent or proliferative conditions and calculated the association of their expression and splicing with ∼6.3 million imputed single nucleotide polymorphism (SNP) markers across the genome. We identified 4,910 expression and 4,412 splice quantitative trait loci (sQTL) that represent regions of the genome associated with transcript abundance and splicing. 3,660 of the eQTLs had not been observed in the publicly available Genotype-Tissue Expression dataset. Further, 29 and 880 of the eQTLs were SMC- and sex-specific, respectively. To identify the effector transcript(s) regulated by CAD GWAS loci, we used four distinct colocalization approaches and identified 84 eQTL and 164 sQTLs that colocalized with CAD loci, highlighting the importance of genetic regulation of mRNA splicing as a molecular mechanism for CAD genetic risk. Notably, 20% and 35% of the eQTLs were unique to quiescent or proliferative SMCs, respectively. Two CAD loci colocalized with a SMC sex-specific eQTL ( AL160313.1 and TERF2IP ) and another locus colocalized with SMC-specific eQTL ( ALKBH8 ). Also, 27% and 37% of the sQTLs were unique to quiescent or proliferative SMCs, respectively. The most significantly associated CAD locus, 9p21, was an sQTL for the long non-coding RNA CDKN2B-AS1 , also known as ANRIL , in proliferative SMCs. Collectively, these results provide evidence for the molecular mechanisms of genetic susceptibility to CAD in distinct SMC phenotypes.

Background: Thromboembolic events secondary to rupture or erosion of advanced atherosclerotic lesions are the leading cause of death in the world. The most common and effective means to reduce these major adverse cardiovascular events (MACE), including myocardial infarction (MI) and stroke, is aggressive lipid lowering via a combination of drugs and dietary modifications. However, little is known regarding the effects of reducing dietary lipids on the composition and stability of advanced atherosclerotic lesions, the mechanisms that regulate these processes, and what therapeutic approaches might augment the benefits of lipid lowering. Methods: Smooth muscle cell (SMC)-lineage tracing Apoe−/− mice were fed a Western diet (WD) for 18 weeks and then switched to a low-fat chow diet for 12 weeks. We assessed lesion size and remodeling indices, as well as the cellular composition of aortic and brachiocephalic artery (BCA) lesions, indices of plaque stability, overall plaque burden, and phenotypic transitions of SMC, and other lesion cells by SMC-lineage tracing combined with scRNA-seq, CyTOF, and immunostaining plus high resolution confocal microscopic z-stack analysis. In addition, to determine if treatment with a potent inhibitor of inflammation could augment the benefits of chow diet-induced reductions in LDL-cholesterol, SMC-lineage tracing Apoe−/− mice were fed a WD for 18 weeks and then chow diet for 12 weeks prior to treating them with an IL-1β or control antibody (Ab) for 8-weeks. Results: Lipid-lowering by switching Apoe−/− mice from a WD to a chow diet reduced LDL-cholesterol levels by 70% and resulted in multiple beneficial effects including reduced overall aortic plaque burden as well as reduced intraplaque hemorrhage and necrotic core area. However, contrary to expectations, IL-1β Ab treatment resulted in multiple detrimental changes including increased plaque burden, BCA lesion size, as well as increased cholesterol crystal accumulation, intra-plaque hemorrhage, necrotic core area, and senescence as compared to IgG control Ab treated mice. Furthermore, IL-1β Ab treatment upregulated neutrophil degranulation pathways but down-regulated SMC extracellular matrix pathways likely important for the protective fibrous cap. Conclusions: Taken together, IL-1β appears to be required for chow diet-induced reductions in plaque burden and increases in multiple indices of plaque stability.

Tackling relapsing Plasmodium vivax and zoonotic Plasmodium knowlesi infections is critical to reducing malaria incidence and mortality worldwide. Understanding the biology of these important and related parasites was previously constrained by the lack of robust molecular and genetic approaches. Here, we establish CRISPR-Cas9 genome editing in a culture-adapted P. knowlesi strain and define parameters for optimal homology-driven repair. We establish a scalable protocol for the production of repair templates by PCR and demonstrate the flexibility of the system by tagging proteins with distinct cellular localisations. Using iterative rounds of genome-editing we generate a transgenic line expressing P. vivax Duffy binding protein (PvDBP), a lead vaccine candidate. We demonstrate that PvDBP plays no role in reticulocyte restriction but can alter the macaque/human host cell tropism of P. knowlesi. Critically, antibodies raised against the P. vivax antigen potently inhibit proliferation of this strain, providing an invaluable tool to support vaccine development.

Tobacco smoking is a known risk factor for atherosclerotic disease, with more elevated risks in women compared to men. We hypothesized that atherosclerotic plaques from smokers show different gene expression patterns compared to non-smokers, in a sex-specific manner.

Women presenting with coronary artery disease (CAD) more often present with fibrous atherosclerotic plaques, which are currently understudied. Phenotypically modulated smooth muscle cells (SMCs) contribute to atherosclerosis in women. How these phenotypically modulated SMCs shape female versus male plaques is unknown. Here, we show sex-stratified gene regulatory networks (GRNs) from human carotid atherosclerotic tissue. Prioritization of these networks identified two main SMC GRNs in late-stage atherosclerosis. Single-cell RNA-sequencing mapped these GRNs to two SMC phenotypes: a phenotypically modulated myofibroblast-like SMC network and a contractile SMC network. The myofibroblast-like GRN was mostly expressed in plaques that were vulnerable in females. Finally, mice orthologs of the female myofibroblast-like genes showed retained expression in advanced plaques from female mice but were downregulated in male mice during atherosclerosis progression. Female atherosclerosis is driven by GRNs that promote a fibrous vulnerable plaque rich in myofibroblast-like SMCs.

Abstract Sabah, Malaysia, has amongst the highest burden of human Plasmodium knowlesi infection in the country, associated with increasing encroachment on the parasite’s macaque host habitat. However, the genomic make-up of P. knowlesi in Sabah was previously poorly understood. To inform on local patterns of transmission and putative adaptive drivers, we conduct population-level genetic analyses of P. knowlesi human infections using 52 new whole genomes from Sabah, Malaysia, in combination with publicly available data. We identify the emergence of distinct geographical subpopulations within the macaque-associated clusters using IBD-based connectivity analysis. Secondly, we report on introgression events between the clusters, which may be linked to differentiation of the subpopulations, and that overlap genes critical for survival in human and mosquito hosts. Using village-level locations from P. knowlesi infections, we also identify associations between several introgressed regions and both intact forest perimeter-area ratio and mosquito vector habitat suitability. Our findings provide further evidence of the complex role of changing ecosystems and sympatric macaque hosts in Malaysia driving distinct genetic changes seen in P. knowlesi populations. Future expanded analyses of evolving P. knowlesi genetics and environmental drivers of transmission will be important to guide public health surveillance and control strategies. Author Summary The zoonotic P. knowlesi parasite is an emerging, yet understudied, cause of malaria in Southeast Asia. Sabah, Malaysia, has amongst the highest burden of human P. knowlesi infection in the country, however, the region is currently understudied. Thus, we produced a collection of high-quality P. knowlesi genomes from Sabah, and in combination with publicly available data, performed an extensive population genetics analysis. Our work contributes novel insights for Plasmodium knowlesi population genetics and genetic epidemiology.

Background Antimicrobial resistance (AMR) poses a threat to public health. Clinical microbiology laboratories typically rely on culturing bacteria for antimicrobial susceptibility testing (AST). As the implementation costs and technical barriers fall, whole-genome sequencing (WGS) has emerged as a ‘one-stop’ test for epidemiological and predictive AST results. Few published comparisons exist for the myriad analytical pipelines used for predicting AMR. To address this, we performed an inter-laboratory study providing sets of participating researchers with identical short-read WGS data sequenced from clinical isolates, allowing us to assess the reproducibility of the bioinformatic prediction of AMR between participants and identify problem cases and factors that lead to discordant results.Methods We produced ten WGS datasets of varying quality from cultured carbapenem-resistant organisms obtained from clinical samples sequenced on either an Illumina NextSeq or HiSeq instrument. Nine participating teams (‘participants’) were provided these sequence data without any other contextual information. Each participant used their own pipeline to determine the species, the presence of resistance-associated genes, and to predict susceptibility or resistance to amikacin, gentamicin, ciprofloxacin and cefotaxime.Results Individual participants predicted different numbers of AMR-associated genes and different gene variants from the same clinical samples. The quality of the sequence data, choice of bioinformatic pipeline and interpretation of the results all contributed to discordance between participants. Although much of the inaccurate gene variant annotation did not affect genotypic resistance predictions, we observed low specificity when compared to phenotypic AST results but this improved in samples with higher read depths. Had the results been used to predict AST and guide treatment a different antibiotic would have been recommended for each isolate by at least one participant.Conclusions We found that participants produced discordant predictions from identical WGS data. These challenges, at the final analytical stage of using WGS to predict AMR, suggest the need for refinements when using this technology in clinical settings. Comprehensive public resistance sequence databases and standardisation in the comparisons between genotype and resistance phenotypes will be fundamental before AST prediction using WGS can be successfully implemented in standard clinical microbiology laboratories.* AMR : Antimicrobial resistance ARG-ANNOT : Antibiotic resistance gene-annotation ARIBA : Antimicrobial resistance identification by assembly AST : Antimicrobial susceptibility testing CARD : Comprehensive Antibiotic Resistance Database EUCAST : The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing GOSH : Great Ormond Street Hospital NCBI : The National Center for Biotechnology Information SRST2 : Short read sequence typing 2 UHG : University Hospital Galway WGS : Whole-genome sequencing

Abstract Plaque smooth muscle cells are critical players in the initiation and advancement of atherosclerotic disease. They produce extracellular matrix (ECM) components, which play a role in lesion progression and stabilization. Despite clear phenotypic differences between plaque smooth muscle cells and vascular smooth muscle cells (VSMCs), VSMCs are still widely used as a model system in atherosclerotic research. Here we present a conditioned outgrowth method to isolate plaque smooth muscle cells. We obtained plaque cells from 27 donors (24 carotid and 3 femoral endarterectomies). We show that these cells keep their proliferative capacity for eight passages, are transcriptionally stable, retain donor-specific gene expression programs, and express extracellular matrix proteins ( FN1, COL1A1, DCN ) and smooth muscle cell markers ( ACTA2, MYH11, CNN1 ). Single-cell transcriptomics of plaque tissue and cultured cells reveals that cultured plaque cells closely resemble the myofibroblast fraction of plaque smooth muscle cells. Chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) shows the presence of histone H3 lysine 4 dimethylation (H3K4me2) at the MYH11 promoter, pointing to their smooth muscle cell origin. Finally, we demonstrated that plaque cells can be efficiently transduced (>97%) and are capable to take up oxidized LDL (oxLDL) and undergo calcification. In conclusion, we present a method to isolate and culture primary human plaque cells that retain plaque myofibroblast-like cells’ phenotypical and functional capabilities - making them a suitable in vitro model for studying selected mechanisms of atherosclerosis.

Abstract Plasmodium knowlesi, a malaria parasite of old-world macaque monkeys, is used extensively to model Plasmodium biology. Recently P. knowlesi was found in the human population of Southeast Asia, particularly Malaysia. P. knowlesi causes un-complicated to severe and fatal malaria in the human host with features in common with the more prevalent and virulent malaria caused by Plasmodium falciparum . As such P. knowlesi presents a unique opportunity to inform an experimental model for malaria with clinical data from same-species human infections. Experimental lines of P. knowlesi represent well characterised genetically static parasites and to maximise their utility as a backdrop for understanding malaria pathophysiology, genetically diverse contemporary clinical isolates, essentially wild-type, require comparable characterization. The Oxford Nanopore PCR-free long-read sequencing platform was used to sequence P. knowlesi parasites from archived clinical samples. The sequencing platform and assembly pipeline was designed to facilitate capturing data on important multiple gene families, including the P. knowlesi schizont-infected cell agglutination ( SICA ) var genes and the Knowlesi-Interspersed Repeats ( KIR ) genes. The SICAvar and KIR gene families code for antigenically variant proteins that have been difficult to resolve and characterise. Analyses presented here suggest that the family members have arisen through a process of gene duplication, selection pressure and variation. Highly evolving genes tend to be located proximal to genetic elements that drive change rather than regions that support core gene conservation. For example, the virulence-associated P. falciparum erythrocyte membrane protein ( PfEMP1 ) gene family members are restricted to relatively unstable sub-telomeric regions. In contrast the SICAvar and KIR genes are located throughout the genome but as the study presented here shows, they occupy otherwise gene-sparse chromosomal locations. The novel methods presented here offer the malaria research community new tools to generate comprehensive genome sequence data from small clinical samples and renewed insight into these complex real-world parasites. Author summary Malaria is a potentially severe disease caused by parasite species within genus Plasmodium. Even though the number of cases is in decline there were over 200 million reported cases of malaria in 2019 that resulted in >400,000 deaths. Despite huge research efforts we still do not understand precisely how malaria makes some individuals very ill and by extension how to successfully augment and manage severe disease. Here we developed a novel method to generate comprehensive robust genome sequences from the malaria parasite Plasmodium knowlesi collected from clinical samples. We propose to use the method and initial data generated here to begin to build a resource to identify disease associated genetic traits of P. knowlesi taken from patient’s samples. In addition to the methodology, what further sets this work apart is the unique opportunity to utilize same-species experimental P. knowlesi parasites to discover a potential role for particular parasite traits in the differential disease progression we observe in patients with P. knowlesi malaria. While we developed the methods to study severe malaria, they are affordable and accessible, and offer the wider malaria research community the means to add context and insight into real-world malaria parasites.

Abstract Rationale Endothelial cells can differentiate into mesenchymal-like cells via endothelial to mesenchymal transition (EndoMT). In murine models, cell transitions of EndoMT have been assessed with lineage tracing techniques. Knowledge on molecular mechanisms of EndoMT in human vascular lesions is scarce as studies in human atherosclerosis are limited by observational study designs such as histo-pathological studies. Objective We aim to identify a human EndoMT gene expression signature by combining experimentally induced in vitro EndoMT with lineage-traced pathways from atherosclerotic mice and extrapolate this to human plaque scRNA-seq data. Methods and results First, we stimulated human coronary artery endothelial cells (HCAEC) with TNFα and TFGβ to trigger EndoMT. We executed transcriptomic analyses and defined multiple temporal patterns of gene expression changes during EndoMT. We used Cdh5-Cre ERT2 Rosa-eYFP apoE -/- lineage traced mouse scRNA-seq data to demonstrate that the temporal in vitro gene expression changes are reflected in EndoMT trajectories in mice plaque tissue. Finally, we constructed three candidate EndoMT lineages across multiple subpopulations of ECs and SMCs in human carotid scRNA-seq data (n=46). We examined gene expression over the course of these lineages and identified 73 markers for the presence of EndoMT such as NRG1 and DEPP1 . Conclusion This study reveals the gene expression profile of EndoMT trajectories in human atherosclerotic plaques by combining RNA-seq data from in vitro models with single-cell transcriptomic datasets. Our gene expression atlas of EndoMT in atherosclerosis could serve as a reference for future studies, providing novel inroads to study atherosclerotic mechanisms for the development of novel therapies.