Catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia (CPVT) is an inherited arrhythmia syndrome that is often difficult to treat. Hiroshi Watanabe and coworkers now show that flecainide, an approved drug known to inhibit sodium channels, is able to target the underlying cause of CPVT by inhibiting calcium release through the ryanodine receptor. Flecainide prevented arrhythmia in a mouse model of CPVT and was also effective when tested in two individuals with CPVT. Catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia (CPVT) is a potentially lethal inherited arrhythmia syndrome in which drug therapy is often ineffective. We discovered that flecainide prevents arrhythmias in a mouse model of CPVT by inhibiting cardiac ryanodine receptor–mediated Ca2+ release and thereby directly targeting the underlying molecular defect. Flecainide completely prevented CPVT in two human subjects who had remained highly symptomatic on conventional drug therapy, indicating that this currently available drug is a promising mechanism-based therapy for CPVT.

Oxidative damage and inflammation are both implicated in the genesis of hypertension; however, the mechanisms by which these stimuli promote hypertension are not fully understood. Here, we have described a pathway in which hypertensive stimuli promote dendritic cell (DC) activation of T cells, ultimately leading to hypertension. Using multiple murine models of hypertension, we determined that proteins oxidatively modified by highly reactive γ-ketoaldehydes (isoketals) are formed in hypertension and accumulate in DCs. Isoketal accumulation was associated with DC production of IL-6, IL-1β, and IL-23 and an increase in costimulatory proteins CD80 and CD86. These activated DCs promoted T cell, particularly CD8+ T cell, proliferation; production of IFN-γ and IL-17A; and hypertension. Moreover, isoketal scavengers prevented these hypertension-associated events. Plasma F2-isoprostanes, which are formed in concert with isoketals, were found to be elevated in humans with treated hypertension and were markedly elevated in patients with resistant hypertension. Isoketal-modified proteins were also markedly elevated in circulating monocytes and DCs from humans with hypertension. Our data reveal that hypertension activates DCs, in large part by promoting the formation of isoketals, and suggest that reducing isoketals has potential as a treatment strategy for this disease.

ABSTRACT Bacterial interspecies interactions play clinically important roles in shaping microbial community composition. We observed that Corynebacterium spp. are overrepresented in children free of Streptococcus pneumoniae (pneumococcus), a common pediatric nasal colonizer and an important infectious agent. Corynebacterium accolens , a benign lipid-requiring species, inhibits pneumococcal growth during in vitro cocultivation on medium supplemented with human skin surface triacylglycerols (TAGs) that are likely present in the nostrils. This inhibition depends on LipS1, a TAG lipase necessary for C. accolens growth on TAGs such as triolein. We determined that C. accolens hydrolysis of triolein releases oleic acid, which inhibits pneumococcus, as do other free fatty acids (FFAs) that might be released by LipS1 from human skin surface TAGs. Our results support a model in which C. accolens hydrolyzes skin surface TAGS in vivo releasing antipneumococcal FFAs. These data indicate that C. accolens may play a beneficial role in sculpting the human microbiome. IMPORTANCE Little is known about how harmless Corynebacterium species that colonize the human nose and skin might impact pathogen colonization and proliferation at these sites . We show that Corynebacterium accolens , a common benign nasal bacterium, modifies its local habitat in vitro as it inhibits growth of Streptococcus pneumoniae by releasing antibacterial free fatty acids from host skin surface triacylglycerols. We further identify the primary C. accolens lipase required for this activity. We postulate a model in which higher numbers of C. accolens cells deter/limit S. pneumoniae nostril colonization, which might partly explain why children without S. pneumoniae colonization have higher levels of nasal Corynebacterium . This work narrows the gap between descriptive studies and the needed in-depth understanding of the molecular mechanisms of microbe-microbe interactions that help shape the human microbiome. It also lays the foundation for future in vivo studies to determine whether habitat modification by C. accolens could be promoted to control pathogen colonization.

Metabolic disorders, including obesity, diabetes, and cardiovascular disease, are widespread in Westernized nations. Gut microbiota composition is a contributing factor to the susceptibility of an individual to the development of these disorders; therefore, altering a person’s microbiota may ameliorate disease. One potential microbiome-altering strategy is the incorporation of modified bacteria that express therapeutic factors into the gut microbiota. For example, N-acylphosphatidylethanolamines (NAPEs) are precursors to the N-acylethanolamide (NAE) family of lipids, which are synthesized in the small intestine in response to feeding and reduce food intake and obesity. Here, we demonstrated that administration of engineered NAPE-expressing E. coli Nissle 1917 bacteria in drinking water for 8 weeks reduced the levels of obesity in mice fed a high-fat diet. Mice that received modified bacteria had dramatically lower food intake, adiposity, insulin resistance, and hepatosteatosis compared with mice receiving standard water or control bacteria. The protective effects conferred by NAPE-expressing bacteria persisted for at least 4 weeks after their removal from the drinking water. Moreover, administration of NAPE-expressing bacteria to TallyHo mice, a polygenic mouse model of obesity, inhibited weight gain. Our results demonstrate that incorporation of appropriately modified bacteria into the gut microbiota has potential as an effective strategy to inhibit the development of metabolic disorders.

High-density lipoprotein (HDL) is atheroprotective by mediating cholesterol efflux, anti-inflammatory, and anti-oxidation functions. Atheroprotective functions of HDL are related to the activity of HDL-associated enzymes such as paraoxonase 1 (PON1). We examined the impact of inhibition of myeloperoxidase (MPO)-mediated HDL oxidation by PON1 on HDL malondialdehyde (MDA) content and HDL function. In the presence of PON1, crosslinking of apoAI in response to MPO-mediated oxidation of HDL was abolished and MDA-HDL adduct levels were decreased. In addition, PON1 prevented the impaired cholesterol efflux capacity of MPO-oxidized HDL from Apoe-/- macrophages. Direct modification of HDL with MDA increased apoAI crosslinking and reduced the cholesterol efflux capacity in a dose dependent manner. In addition, MDA modification of HDL reduced its anti-inflammatory function compared to native HDL as the expression of IL-1β and IL6 increased by 3- (p<0.05) and 1.8-fold (p<0.05) in Apoe-/- macrophages in response to LPS. MDA-HDL also had impaired ability to increase PON1 activity. Importantly, HDL from subjects with familial hypercholesterolemia (FH-HDL) versus controls had increased MDA-apoAI adducts, and normalization of the PON1 activity to PON1 mass revealed a 24 % (p<0.05) decrease in specific activity indicating that PON1 activity is also impaired in FH. Consistent with the impaired PON1 activity and increased MDA-apoAI, FH-HDL induced a pro-inflammatory response in Apoe-/- macrophages compared to incubation with LPS alone. FH-HDL versus control HDL also had an impaired ability to promote cholesterol efflux from Apoe-/- macrophages. Interestingly, reactive dicarbonyl scavengers effectively abolished MPO-mediated apoAI crosslinking, MDA adduct formation, and improved cholesterol efflux capacity. Importantly, in vivo treatment of hypercholesterolemic mice with reactive dicarbonyl scavengers effectively reduced MDA-HDL adduct formation and increased PON1 activity and HDL cholesterol efflux capacity, supporting a therapeutic potential of reactive carbonyl scavenging in maintaining HDL function. Keywords: Familial Hypercholesterolemia, Cholesterol efflux, Macrophages, Malondialdehyde (MDA), Reactive Dicarbonyl Scavengers, High-density lipoprotein (HDL)

Abstract Post translational modifications can enhance immunogenicity of self-proteins. In several conditions including hypertension, systemic lupus, and heart failure, isolevuglandins (IsoLGs) are formed by lipid peroxidation and covalently bond with protein lysine residues. Here we show that the murine class-I major histocompatibility complex (MHC-I) variant H-2D b uniquely presents isoLG modified peptides and developed a computational pipeline that identifies structural features for MHC-I accommodation of such peptides. We identified isoLG-adducted peptides from renal proteins including the sodium glucose transporter 2, Cadherin 16, Kelch Domain containing protein 7A and solute carrier family 23, that are recognized by CD8 + T cells in tissues of hypertensive mice, induce T cell proliferation in vitro , and prime hypertension after adoptive transfer. Finally, we find similar patterns of isoLG-adducted antigen restriction in class-I human leukocyte antigens as in murine analogues. Thus, we have used a combined computational and experimental approach to define likely antigenic peptides in hypertension.

N-acyl-phosphatidylethanolamine phospholipase D (NAPE-PLD) (EC 3.1.4.4) catalyzes the final step in the biosynthesis of N-acyl-ethanolamides (NAEs). Reduced NAPE-PLD expression and activity may contribute to obesity and inflammation, but a major obstacle to elucidating the role of NAPE-PLD and NAE biosynthesis in various physiological processes has been the lack of effective NAPE-PLD inhibitors. The endogenous bile acid lithocholic acid (LCA) inhibits NAPE-PLD activity (IC50 68 M) but LCA is also a highly potent ligand for TGR5 (EC50 0.52 M). Recently, the first selective small molecule inhibitor of NAPE-PLD, ARN19874, was reported (IC50 34 M). To identify more potent inhibitors of NAPE-PLD, we screened compounds using a quenched fluorescent NAPE analog, PED-A1, as a substrate for recombinant mouse NAPE-PLD. Screened compounds included a panel of bile acids as well as a library of experimental compounds (the Spectrum Collection). Muricholic acids and several other bile acids inhibited NAPE-PLD with potency similar to LCA. Fourteen potent NAPE-PLD inhibitors were identified in the Spectrum Collection, with the two most potent (IC50 ~2 M) being symmetrically substituted dichlorophenes: hexachlorophene and bithionol. Structure activity relationship assays using additional substituted dichlorophenes identified key moieties needed for NAPE-PLD inhibition. Both hexachlorophene and bithionol showed significant selectivity for NAPE-PLD compared to non-target lipase activities such as S. chromofuscus PLD activity or serum lipase activity. Both also effectively inhibited NAPE-PLD activity in cultured HEK293 cells.

N -acyl-phosphatidylethanolamine hydrolyzing phospholipase D (NAPE-PLD) is a zinc metallohydrolase that hydrolyzes N -acyl-phosphatidylethanolamine (NAPEs) to form N -acyl-ethanolamides (NAEs) and phosphatidic acid. Several lines of evidence suggest that reduced NAPE-PLD activity could contribute to cardiometabolic diseases. For instance, NAPEPLD expression is reduced in human coronary arteries with unstable atherosclerotic lesions, defective efferocytosis is implicated in the enlargement of necrotic cores of these lesions, and NAPE-PLD products such as palmitoylethanolamide and oleoylethanolamide have been shown to enhance efferocytosis. Thus, enzyme activation mediated by a small molecule may serve as a therapeutic treatment for cardiometabolic diseases. As a proof-of-concept study, we sought to identify small molecule activators of NAPE-PLD. High-throughput screening followed by hit validation and primary lead optimization studies identified a series of benzothiazole phenylsulfonyl-piperidine carboxamides that variably increased activity of both mouse and human NAPE-PLD. From this set of small molecules, two NAPE-PLD activators (VU534 and VU533) were shown to increase efferocytosis by bone-marrow derived macrophages isolated from wild-type mice, while efferocytosis was significantly reduced in Napepld-/- BMDM or after Nape-pld inhibition. Together these studies demonstrate an essential role for NAPE-PLD in the regulation of efferocytosis and the potential value of NAPE-PLD activators as a strategy to treat cardiometabolic diseases.

ABSTRACT Extracellular small RNAs (sRNA) are abundant in many biofluids, but little is known about their mechanisms of transport and stability in RNase-rich environments. We previously reported that high-density lipoproteins (HDL) of mice were enriched with multiple classes of sRNA derived from the endogenous transcriptome, but also exogenous organisms. Here, we show that human HDL transports tRNA-derived sRNAs (tDRs) from host and non-host species which were found to be altered in human atherosclerosis. We hypothesized that HDL binds to tDRs through apolipoprotein A-I (apoA-I) and these interactions are conferred by RNA-specific features. We tested this using microscale thermophoresis and electrophoretic mobility shift assays and found that HDL bind tDRs and other single-stranded sRNAs with strong affinity, but not doublestranded RNA or DNA. Natural and synthetic RNA modifications influenced tDR binding to HDL. Reconstituted HDL bound tDRs only in the presence of apoA-I and purified apoA-I alone was sufficient for binding sRNA. Conversely, phosphatidylcholine vesicles did not bind tDRs. In summary, HDL preferentially binds to single-stranded sRNAs likely through non-ionic interactions with apoA-I. These studies highlight binding properties that likely enable extracellular RNA communication and provide a foundation for future studies to manipulate HDL-sRNA for therapeutic approaches to prevent or treat disease.

The lipid aldehyde 4-oxo-2-nonenal (ONE) derived from peroxidation of n-6 polyunsaturated fatty acids and generated in parallel to 4-hydroxynonenal (HNE) is a highly reactive protein crosslinker. Cross-linking of proteins in high-density lipoprotein (HDL) by lipid peroxidation products causes HDL dysfunction and contributes to atherogenesis. While HNE is relatively well studied, the relevance of ONE in atherosclerosis and in modifying HDL has not been examined. In the present study, we found a significant increase in ONE-ketoamide (lysine) adducts in HDL derived from patients with familial hypercholesterolemia (FH) (1620 ±985.4 pmol/mg) compared to healthy controls (664 ± 219.5 pmol/mg). ONE crosslinked apoA-I on HDL at a concentration of >3 mol ONE per 10 mol apoA-I (0.3 eq), which is 100-fold lower than HNE but comparable to the potent protein crosslinker, isolevuglandin. ONE-modified HDL partially inhibited the ability of HDL to protect against LPS-induced TNFa; and IL-1b; mRNA expression in murine macrophages. At 3 eq., ONE dramatically decreased the ability of apoA-I to exchange from HDL, from ~46.5% to only ~18.4% (P<0.001). Surprisingly, ONE-modification of HDL or apoA-I did not alter macrophage cholesterol efflux capacity. LC/MS/MS analysis showed modification of Lys12, Lys23, Lys96, and Lys226 of apoA-I by ONE-ketoamide adducts. Compared to other dicarbonyl scavengers, pentylpyridoxamine (PPM) was most efficacious at blocking ONE-induced protein crosslinking in HDL. Our studies show that ONE HDL adducts are elevated in FH who have severe hypercholesterolemia and atherosclerosis and causes HDL dysfunction. We demonstrate the use of PPM in preferentially scavenging ONE in biological systems.