Severe acute respiratory syndrome (SARS) is an acute infectious disease that spreads mainly via the respiratory route. A distinct coronavirus (SARS-CoV) has been identified as the aetiological agent of SARS. Recently, a metallopeptidase named angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) has been identified as the functional receptor for SARS-CoV. Although ACE2 mRNA is known to be present in virtually all organs, its protein expression is largely unknown. Since identifying the possible route of infection has major implications for understanding the pathogenesis and future treatment strategies for SARS, the present study investigated the localization of ACE2 protein in various human organs (oral and nasal mucosa, nasopharynx, lung, stomach, small intestine, colon, skin, lymph nodes, thymus, bone marrow, spleen, liver, kidney, and brain). The most remarkable finding was the surface expression of ACE2 protein on lung alveolar epithelial cells and enterocytes of the small intestine. Furthermore, ACE2 was present in arterial and venous endothelial cells and arterial smooth muscle cells in all organs studied. In conclusion, ACE2 is abundantly present in humans in the epithelia of the lung and small intestine, which might provide possible routes of entry for the SARS-CoV. This epithelial expression, together with the presence of ACE2 in vascular endothelium, also provides a first step in understanding the pathogenesis of the main SARS disease manifestations.

Roman Thomas and colleagues report exome sequencing of 29 small-cell lung cancers (SCLCs), 2 SCLC genomes and transcriptomes of 15 SCLCs. They identify recurrent mutations in the CREBBP, EP300 and MLL genes encoding histone modifiers. They identify mutations in SLIT2 and EPHA7, which have a role in axon guidance and cell migration, and focal amplifications of FGFR1. Small-cell lung cancer (SCLC) is an aggressive lung tumor subtype with poor prognosis1,2,3. We sequenced 29 SCLC exomes, 2 genomes and 15 transcriptomes and found an extremely high mutation rate of 7.4 ± 1 protein-changing mutations per million base pairs. Therefore, we conducted integrated analyses of the various data sets to identify pathogenetically relevant mutated genes. In all cases, we found evidence for inactivation of TP53 and RB1 and identified recurrent mutations in the CREBBP, EP300 and MLL genes that encode histone modifiers. Furthermore, we observed mutations in PTEN, SLIT2 and EPHA7, as well as focal amplifications of the FGFR1 tyrosine kinase gene. Finally, we detected many of the alterations found in humans in SCLC tumors from Tp53 and Rb1 double knockout mice4. Our study implicates histone modification as a major feature of SCLC, reveals potentially therapeutically tractable genomic alterations and provides a generalizable framework for the identification of biologically relevant genes in the context of high mutational background.

FGFR1 amplification provides a therapeutic target for squamous cell lung cancer, which is resistant to other targeted lung cancer drugs.

The use of multidetector computed tomography (CT) in lung-cancer screening trials involving subjects with an increased risk of lung cancer has highlighted the problem for the clinician of deciding on the best course of action when noncalcified pulmonary nodules are detected by CT.A total of 7557 participants underwent CT screening in years 1, 2, and 4 of a randomized trial of lung-cancer screening. We used software to evaluate a noncalcified nodule according to its volume or volume-doubling time. Growth was defined as an increase in volume of at least 25% between two scans. The first-round screening test was considered to be negative if the volume of a nodule was less than 50 mm(3), if it was 50 to 500 mm(3) but had not grown by the time of the 3-month follow-up CT, or if, in the case of those that had grown, the volume-doubling time was 400 days or more.In the first and second rounds of screening, 2.6% and 1.8% of the participants, respectively, had a positive test result. In round one, the sensitivity of the screen was 94.6% (95% confidence interval [CI], 86.5 to 98.0) and the negative predictive value 99.9% (95% CI, 99.9 to 100.0). In the 7361 subjects with a negative screening result in round one, 20 lung cancers were detected after 2 years of follow-up.Among subjects at high risk for lung cancer who were screened in three rounds of CT scanning and in whom noncalcified pulmonary nodules were evaluated according to volume and volume-doubling time, the chances of finding lung cancer 1 and 2 years after a negative first-round test were 1 in 1000 and 3 in 1000, respectively. (Current Controlled Trials number, ISRCTN63545820.)

Human lungs enable efficient gas exchange and form an interface with the environment, which depends on mucosal immunity for protection against infectious agents. Tightly controlled interactions between structural and immune cells are required to maintain lung homeostasis. Here, we use single-cell transcriptomics to chart the cellular landscape of upper and lower airways and lung parenchyma in healthy lungs, and lower airways in asthmatic lungs. We report location-dependent airway epithelial cell states and a novel subset of tissue-resident memory T cells. In the lower airways of patients with asthma, mucous cell hyperplasia is shown to stem from a novel mucous ciliated cell state, as well as goblet cell hyperplasia. We report the presence of pathogenic effector type 2 helper T cells (TH2) in asthmatic lungs and find evidence for type 2 cytokines in maintaining the altered epithelial cell states. Unbiased analysis of cell–cell interactions identifies a shift from airway structural cell communication in healthy lungs to a TH2-dominated interactome in asthmatic lungs. Single-cell transcriptomics reveals immune and stromal compartment remodeling, including the enrichment of unique populations of epithelial cells and CD4+ T cells, in asthmatic lungs

While genomically targeted therapies have improved outcomes for patients with lung adenocarcinoma, little is known about the genomic alterations which drive squamous cell lung cancer. Sanger sequencing of the tyrosine kinome identified mutations in the DDR2 kinase gene in 3.8% of squamous cell lung cancers and cell lines. Squamous lung cancer cell lines harboring DDR2 mutations were selectively killed by knock-down of DDR2 by RNAi or by treatment with the multi-targeted kinase inhibitor dasatinib. Tumors established from a DDR2 mutant cell line were sensitive to dasatinib in xenograft models. Expression of mutated DDR2 led to cellular transformation which was blocked by dasatinib. A squamous cell lung cancer patient with a response to dasatinib and erlotinib treatment harbored a DDR2 kinase domain mutation. These data suggest that gain-of-function mutations in DDR2 are important oncogenic events and are amenable to therapy with dasatinib. As dasatinib is already approved for use, these findings could be rapidly translated into clinical trials.DDR2 mutations are present in 4% of lung SCCs, and DDR2 mutations are associated with sensitivity to dasatinib. These findings provide a rationale for designing clinical trials with the FDA-approved drug dasatinib in patients with lung SCCs.

The pattern of mutations in human lung cancer differs by tumor subtype and is a useful addition to histology for selecting targeted therapy and improving patient survival.

Michael Cho and colleagues report a genome-wide association study of risk for chronic obstructive pulmonary disease (COPD) in a large, multi-ancestry cohort. They identify 22 genome-wide significant loci, including 13 not previously associated with COPD and 4 not previously associated with any lung function trait. Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a leading cause of mortality worldwide1. We performed a genetic association study in 15,256 cases and 47,936 controls, with replication of select top results (P < 5 × 10−6) in 9,498 cases and 9,748 controls. In the combined meta-analysis, we identified 22 loci associated at genome-wide significance, including 13 new associations with COPD. Nine of these 13 loci have been associated with lung function in general population samples2,3,4,5,6,7, while 4 (EEFSEC, DSP, MTCL1, and SFTPD) are new. We noted two loci shared with pulmonary fibrosis8,9 (FAM13A and DSP) but that had opposite risk alleles for COPD. None of our loci overlapped with genome-wide associations for asthma, although one locus has been implicated in joint susceptibility to asthma and obesity10. We also identified genetic correlation between COPD and asthma. Our findings highlight new loci associated with COPD, demonstrate the importance of specific loci associated with lung function to COPD, and identify potential regions of genetic overlap between COPD and other respiratory diseases.

Genome-wide association studies (GWAS) have identified loci reproducibly associated with pulmonary diseases; however, the molecular mechanism underlying these associations are largely unknown. The objectives of this study were to discover genetic variants affecting gene expression in human lung tissue, to refine susceptibility loci for asthma identified in GWAS studies, and to use the genetics of gene expression and network analyses to find key molecular drivers of asthma. We performed a genome-wide search for expression quantitative trait loci (eQTL) in 1,111 human lung samples. The lung eQTL dataset was then used to inform asthma genetic studies reported in the literature. The top ranked lung eQTLs were integrated with the GWAS on asthma reported by the GABRIEL consortium to generate a Bayesian gene expression network for discovery of novel molecular pathways underpinning asthma. We detected 17,178 cis- and 593 trans- lung eQTLs, which can be used to explore the functional consequences of loci associated with lung diseases and traits. Some strong eQTLs are also asthma susceptibility loci. For example, rs3859192 on chr17q21 is robustly associated with the mRNA levels of GSDMA (P = 3.55 × 10(-151)). The genetic-gene expression network identified the SOCS3 pathway as one of the key drivers of asthma. The eQTLs and gene networks identified in this study are powerful tools for elucidating the causal mechanisms underlying pulmonary disease. This data resource offers much-needed support to pinpoint the causal genes and characterize the molecular function of gene variants associated with lung diseases.

BackgroundIdiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a chronic progressive lung disease with high mortality, uncertain cause, and few treatment options. Studies have identified a significant genetic risk associated with the development of IPF; however, mechanisms by which genetic risk factors promote IPF remain unclear. We aimed to identify genetic variants associated with IPF susceptibility and provide mechanistic insight using gene and protein expression analyses.MethodsWe used a two-stage approach: a genome-wide association study in patients with IPF of European ancestry recruited from nine different centres in the UK and controls selected from UK Biobank (stage 1) matched for age, sex, and smoking status; and a follow-up of associated genetic variants in independent datasets of patients with IPF and controls from two independent US samples from the Chicago consortium and the Colorado consortium (stage 2). We investigated the effect of novel signals on gene expression in large transcriptomic and genomic data resources, and examined expression using lung tissue samples from patients with IPF and controls.Findings602 patients with IPF and 3366 controls were selected for stage 1. For stage 2, 2158 patients with IPF and 5195 controls were selected. We identified a novel genome-wide significant signal of association with IPF susceptibility near A-kinase anchoring protein 13 (AKAP13; rs62025270, odds ratio [OR] 1·27 [95% CI 1·18–1·37], p=1·32 × 10−9) and confirmed previously reported signals, including in mucin 5B (MUC5B; rs35705950, OR 2·89 [2·56–3·26], p=1·12 × 10−66) and desmoplakin (DSP; rs2076295, OR 1·44 [1·35–1·54], p=7·81 × 10−28). For rs62025270, the allele A associated with increased susceptibility to IPF was also associated with increased expression of AKAP13 mRNA in lung tissue from patients who had lung resection procedures (n=1111). We showed that AKAP13 is expressed in the alveolar epithelium and lymphoid follicles from patients with IPF, and AKAP13 mRNA expression was 1·42-times higher in lung tissue from patients with IPF (n=46) than that in lung tissue from controls (n=51).InterpretationAKAP13 is a Rho guanine nucleotide exchange factor regulating activation of RhoA, which is known to be involved in profibrotic signalling pathways. The identification of AKAP13 as a susceptibility gene for IPF increases the prospect of successfully targeting RhoA pathway inhibitors in patients with IPF.FundingUK Medical Research Council, National Heart, Lung, and Blood Institute of the US National Institutes of Health, Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información, Spain, UK National Institute for Health Research, and the British Lung Foundation.