Background: More than one-fifth of the world’s population consumes Chinese cuisines regularly, but no evidence-based healthy diets fitting the Chinese food culture are available for implementation. Methods: A multicenter, patient- and outcome assessor–blind, randomized feeding trial was conducted among 265 participants with 130 to 159 mm Hg baseline systolic blood pressure (SBP) for 4 major Chinese cuisines (Shangdong, Huaiyang, Cantonese, Szechuan). After a 7-day run-in period on a control diet matching the usual local diets, participants were randomized to continue with the control diet or the cuisine-based Chinese heart-healthy diet for another 28 days. The primary outcome was SBP, and secondary outcomes included diastolic blood pressure and food preference score. Linear regression models were used to estimate the intervention effects and adjustments for the center. The incremental cost per 1 mm Hg reduction in SBP was also calculated. Results: A total of 265 participants were randomized (135 on the Chinese heart-healthy diet and 130 on the control diet), with 52% women, mean age of 56.5±9.8 years, and mean SBP and diastolic blood pressure of 139.4±8.3 and 88.1±8.0 mm Hg, respectively, at baseline. The change in SBP and diastolic blood pressure from baseline to the end of the study in the control group was –5.0 (95% CI, –6.5 to –3.5) mm Hg and –2.8 (95% CI, –3.7 to –1.9) mm Hg, respectively. The net difference of change between the 2 groups in SBP and diastolic blood pressure were –10.0 (95% CI, –12.1 to –7.9) mm Hg and –3.8 (95% CI, –5.0 to –2.5) mm Hg, respectively. The effect size did not differ among cuisines ( P for interaction=0.173). The mean food preference score was 9.5 (with 10 the best preferred) at baseline, and the net change during intervention was 0.1 (95% CI, –0.1 to 0.2; P =0.558). The incremental cost-effectiveness ratio per 1 mm Hg SBP reduction was CNY 0.4 (USD 0.06) per day. No difference in the number of adverse events was found between the 2 groups ( P =0.259), and none of the adverse events was associated with the intervention. Conclusions: The Chinese heart-healthy diet is effective, palatable, and cost-effective in reducing blood pressure in Chinese adults with high blood pressure, with a clinically significant effect applicable across major Chinese cuisine cultures. Registration: URL: https://www.clinicaltrials.gov ; Unique identifier: NCT03882645.

Abstract Accurate identifications of ligand binding sites (LBS) on protein structure is critical for understanding protein function and designing structure-based drug. As the previous pocket-centric methods are usually based on the investigation of pseudo surface points (PSPs) outside the protein structure, thus inherently cannot incorporate the local connectivity and global 3D geometrical information of the protein structure. In this paper, we propose a novel point clouds segmentation method, PointSite, for accurate identification of protein ligand binding atoms, which performs protein LBS identification at the atom-level in a protein-centric manner. Specifically, we first transfer the original 3D protein structure to point clouds and then conduct segmentation through Submanifold Sparse Convolution (SSC) based U-Net. With the fine-grained atom-level binding atoms representation and enhanced feature learning, PointSite can outperform previous methods in atom-IoU by a large margin. Furthermore, our segmented binding atoms can work as a filter on predictions achieved by previous pocket-centric approaches, which significantly decreases the false-positive of LBS candidates. Through cascaded filter and re-ranking aided by the segmented atoms, state-of-the-art performance can be achieved over various canonical benchmarks and CAMEO hard targets in terms of the commonly used DCA criteria. Our code is publicly available through https://github.com/PointSite .

Abstract Protein glycosylation events that happen early in the secretory pathway are often dysregulated during tumorigenesis. These events can be probed, in principle, by monosaccharides with bioorthogonal tags that would ideally be specific for distinct glycan subtypes. However, metabolic interconversion into other monosaccharides drastically reduces such specificity in the living cell. Here, we use a structure-based design process to develop the monosaccharide probe GalNAzMe that is specific for cancer-relevant Ser/Thr- N -acetylgalactosamine (O-GalNAc) glycosylation. By virtue of a branched N-acylamide side chain, GalNAzMe is not interconverted by epimerization to the corresponding N-acetylglucosamine analog like conventional GalNAc-based probes. GalNAzMe enters O-GalNAc glycosylation but does not enter other major cell surface glycan types including Asn (N)-linked glycans. We equip cells with the capacity to biosynthesize the nucleotide-sugar donor UDP-GalNAzMe from a caged precursor. Tagged with a bioorthogonal azide group, GalNAzMe serves as an O-glycan specific reporter in superresolution microscopy, chemical glycoproteomics, a genome-wide CRISPR knock-out (KO) screen, and imaging of intestinal organoids. GalNAzMe is a precision tool that allows a detailed view into the biology of a major type of cancer-relevant protein glycosylation. Significance statement A large portion of all secreted and cell surface proteins in humans are modified by Ser/Thr(O)-linked glycosylation with N -acetylgalactosamine (GalNAc). While of fundamental importance in health and disease, O-GalNAc glycosylation is technically challenging to study because of a lack of specific tools to be used in biological assays. Here, we design an O-GalNAc specific reporter molecule termed GalNAzMe to selectively label O-GalNAc glycoproteins in living human cells. GalNAzMe is compatible with a range of experiments in quantitative biology to broaden our understanding of glycosylation. We further demonstrate that labeling is genetically programmable by expression of a mutant glycosyltransferase, allowing application even to experiments with low inherent sensitivity.

Abstract Single-cell sequencing technology has enabled the characterization of cellular heterogeneity at an unprecedented resolution. To analyze single-cell RNA-sequencing data, numerous tools have been proposed for various analytic tasks, which have been systematically summarized and concluded in a comprehensive database called scRNA-tools. Although single-cell epigenomic data can effectively reveal the chromatin regulatory landscape that governs transcription, the analysis of single-cell epigenomic data presents assay-specific challenges, and an abundance of tools with varying types and functionalities have thus been developed. Nevertheless, these tools have not been well summarized, hindering retrieval, selection, and utilization of appropriate tools for specific analyses. To address the issues, we here proposed scEpiTools database with a multi-functional platform ( http://health.tsinghua.edu.cn/scepitools ). Specifically, based on the comprehensive collection and detailed annotation of 553 articles, scEpiTools groups articles into 14 major categories and 90 subcategories, provides task-specific recommendation for different emphases, and offers intuitive trend analysis via directed graphs, word clouds, and statistical distributions. For single-cell chromatin accessibility data analysis, we proposed a novel ensemble method named scEpiEnsemble, which, along with multiple methods as built-in kernels, can be used for flexible and efficient online analysis via the scEpiTools platform. We envision that scEpiTools will guide tool usage and development for single-cell epigenomic data and provide valuable resources for understanding regulatory mechanisms and cellular identity. Author summary Compared to single-cell RNA-sequencing data, single-cell epigenomic data can reflect a set of epigenetic modifications at the cellular level. In general, the analysis of these data is typically divided into several steps: 1) retrieving available tools based on the omics of data and tasks; 2) selecting appropriate tools manually; and 3) utilizing the chosen tools to analyze data. However, due to the rapid development of tools and the unique complexity of the data, each of the above steps is extremely challenging for researchers. To provide researchers with great convenience, we developed scEpiTools ( http://health.tsinghua.edu.cn/scepitools ), a database with multiple functionalities. For instance, given the omics type and the analytic task, researchers can easily browse all the available tools via the hierarchical categorization of scEpiTools, and get recommendation scores from multiple perspectives. Considering that researchers may encounter difficulties in hardware requirements or environment setup, we also provide online analysis with various commonly used tools, as well as a novel ensemble method named scEpiEnsemble. In summary, scEpiTools represents a valuable resource for the single-cell epigenomics community, facilitating retrieval, selection and utilization of appropriate tools for diverse analyses, and helping to drive future advancements in the field.

ABSTRACT Altered glycosylation is an undisputed corollary of cancer development. Understanding these alterations is paramount but hampered by limitations underlying cellular model systems. For instance, the intricate interactions between tumour and host cannot be adequately recapitulated in monoculture of tumour-derived cell lines. More complex co-culture models usually rely on sorting procedures for proteome analyses and rarely capture the details of protein glycosylation. Here, we report a strategy termed Bio-Orthogonal Cell line-specific Tagging of Glycoproteins (BOCTAG). Cells are equipped by transfection with an artificial biosynthetic pathway that transforms bioorthogonally tagged sugars into the corresponding nucleotide-sugars. Only transfected cells incorporate bioorthogonal tags into glycoproteins in the presence of non-transfected cells. We employ BOCTAG as an imaging technique and to annotate cell-specific glycosylation sites in mass spectrometry-glycoproteomics. We demonstrate application in co-culture and mouse models, allowing for profiling of the glycoproteome as an important modulator of cellular function.

Abstract Quick and accurate detection of SARS-CoV-2 is critical for COVID-19 control. Dozens of real-time reverse transcription PCR (qRT-PCR) assays have been developed to meet the urgent need of COVID-19 control. However, methodological comparisons among the developed qRT-PCR assays are limited. In the present study, we evaluated the sensitivity, specificity, amplification efficiency, and linear detection ranges of three qRT-PCR assays, including the assays developed by our group (IPBCAMS), and the assays recommended by WHO and China CDC (CCDC). The three qRT-PCR assays exhibited similar sensitivities, with the limit of detection (LOD) at about 10 copies per reaction (except the ORF 1b gene assay in CCDC assays with a LOD at about 100 copies per reaction). No cross reaction with other respiratory viruses were observed in all of the three qRT-PCR assays. Wide linear detection ranges from 10 6 to 10 1 copies per reaction and acceptable reproducibility were obtained. By using 25 clinical specimens, the N gene assay of IPBCAMS assays and CCDC assays performed better (with detection rates of 92% and 100%, respectively) than that of the WHO assays (with a detection rate of 60%), and the ORF 1b gene assay in IPBCAMS assays performed better (with a detection rate of 64%) than those of the WHO assays and the CCDC assays (with detection rates of 48% and 20%, respectively). In conclusion, the N gene assays of CCDC assays and IPBCAMS assays and the ORF 1b gene assay of IPBCAMS assays were recommended for qRT-PCR screening of SARS-CoV-2.

Abstract Background Redirecting glucose from skeletal muscle and adipose tissue, likely benefits the tumor’s energy demand to support tumor growth, as cancer patients with type 2 diabetes have 30% increased mortality rates. The aim of this study was to elucidate tissue-specific contributions and molecular mechanisms underlying cancer-induced metabolic perturbations. Methods Glucose uptake in skeletal muscle and white adipose tissue (WAT), as well as hepatic glucose production, were determined in control and Lewis lung carcinoma (LLC) tumor-bearing C57BL/6 mice using isotopic tracers. Skeletal muscle microvascular perfusion was analyzed via a real-time contrast-enhanced ultrasound technique. Finally, the role of fatty acid turnover on glycemic control was determined by treating tumor-bearing insulin-resistant mice with nicotinic acid or etomoxir. Results LLC tumor-bearing mice displayed reduced insulin-induced blood-glucose-lowering and glucose intolerance, which was restored by etomoxir or nicotinic acid. Insulin-stimulated glucose uptake was 30-40% reduced in skeletal muscle and WAT of mice carrying large tumors. Despite compromised glucose uptake, tumor-bearing mice displayed upregulated insulin-stimulated phosphorylation of TBC1D4 Thr642 (+18%), AKT Ser474 (+65%), and AKT Thr309 (+86%) in muscle. Insulin caused a 70% increase in muscle microvascular perfusion in control mice, which was abolished in tumor-bearing mice. Additionally, tumor-bearing mice displayed increased (+45%) basal (not insulin-stimulated) hepatic glucose production. Conclusions Cancer can result in marked perturbations on at least six metabolically essential functions; i) insulin’s blood-glucose-lowering effect, ii) glucose tolerance, iii) skeletal muscle and WAT insulin-stimulated glucose uptake, iv) intramyocellular insulin signaling, v) muscle microvascular perfusion, and vi) basal hepatic glucose production in mice. The mechanism causing cancer-induced insulin resistance may relate to fatty acid metabolism.

Abstract Regional intestinal immune surveillance remains obscure. In this study, we integrated single-cell RNA sequencing and spatial transcriptomics to create a regional atlas of fetal and adult intestines, consisting of 59 cell subsets, of which eight new subsets and ILCs transition states were identified. Results revealed that microenvironment determines in-situ cell differentiation and shapes the regional molecular characteristics, allowing different intestinal segments with diverse functions. We characterized the regional expression of mucins, immunoglobulins, and antimicrobial peptides (AMPs) and their shift during development and in inflammatory bowel disease. Notably, α-defensins expressed most abundantly in small intestinal LGR5 + stem cells, rather than in Paneth cells, and down-regulated as cell maturing. Common upstream transcription factors controlled the AMPs expression, illuminating the concurrent change of AMPs during epithelial differentiation, and the spatial co-expression patterns. We demonstrated the correspondence of cell focus of risk genes to diseases’ location susceptibility and identified distinct cell-cell crosstalk and spatial heterogeneity of immune cell homing in different gut segments. Overall, a cross-spatiotemporal approach to transcriptomes at single-cell resolution revealed that the regional milieu of the human intestine determined cellular and molecular cues of immune surveillance, dictating gut homeostasis and disease.

Mammalian cells orchestrate signalling through interaction events on their surfaces. Proteoglycans are an intricate part of these interactions, carrying large glycosaminoglycan polysaccharides that recruit signalling molecules. Despite their importance in development, cancer and neurobiology, a relatively small number of proteoglycans have been identified. In addition to the complexity of glycan extension, biosynthetic redundancy in the first protein glycosylation step by two xylosyltransferase isoenzymes XT1 and XT2 complicates annotation of proteoglycans. Here, we develop a chemical genetic strategy that manipulates the glycan attachment site of cellular proteoglycans. By employing a tactic termed bump- and-hole engineering, we engineer the two isoenzymes XT1 and XT2 to specifically transfer a chemically modified xylose analogue to target proteins. The chemical modification contains a bioorthogonal tag, allowing the ability to visualise and profile target proteins modified by both transferases in mammalian cells. The versatility of our approach allows pinpointing glycosylation sites by tandem mass spectrometry, and exploiting the chemical handle to manufacture proteoglycans with defined GAG chains for cellular applications. Engineered XT enzymes permit a view into proteoglycan biology that is orthogonal to conventional techniques in biochemistry.

Abstract The cerebellum has been increasingly recognized to play key roles in the pathology of multiple sclerosis (MS) and spectrum disorders (NMOSD), two main demyelinating diseases with similar clinical presentations. Despite accumulating evidence from neuroimaging research for cerebellar volumetric alterations in the diseases, however, there have been no network-based studies examining convergent and divergent alterations in cerebellar connectome between MS and NMOSD. This multisite and multimodal study examined common and specific alterations in within-cerebellar coordination and cerebello-cerebral communication between MS and NMOSD by retrospectively collecting structural and resting-state functional MRI data from 208 MS patients, 200 NMOSD patients and 228 healthy controls (HCs) in seven sites in China. Morphological brain networks were constructed by estimating interregional similarity in cortical thickness and functional brain networks were formed by calculating interregional temporal synchronization in functional signals. After identifying cerebellar modular architecture and based on prior cerebral cytoarchitectonic classification and functional partition, within-cerebellar and cerebello-cerebral morphological and functional connectivity were compared among the MS, NMOSD and HC groups. Five modules were identified within the cerebellum including Primary Motor A (PMA), Primary Motor B (PMB), Primary Non-Motor (PNM), Secondary Motor (SM) and Secondary Non-Motor (SNM) modules. Compared with the HCs, the MS and NMOSD patients exhibited both increases and decreases in within-cerebellar morphological connectivity that were mainly involved in the PMA, PMB and SNM. Particularly, the two patient groups showed a common altered pattern characterized by decreases between the PMA and SNM, both of which were more densely connected with the PMB. For cerebello-cerebral morphological connectivity, widespread reductions were found in both patient groups for the SM and SNM with almost all cerebral cytoarchitectonic classes and functional systems while increases were observed only in the NMOSD patients for the PMB with cerebral areas involving motor and sensory domains. With regard to cerebellar functional connectivity, fewer alterations were observed in the patients that were all characterized by reductions and were mainly involved in cerebello-cerebral interactions between cerebellar motor modules and cerebral association cortex and high-order networks, particularly in the NMOSD patients. Cerebellar connectivity-based classification achieved around 60% accuracies to distinguish the three groups to each other with morphological connectivity as predominant features for differentiating the patients from controls while functional connectivity for discriminating the two diseases. Altogether, this study characterizes common and specific circuit dysfunctions of the cerebellum between MS and NMOSD, which provide novel insights into shared and unique pathophysiologic mechanisms underlying the two diseases.