BACKGROUND AND OBJECTIVES: Histologic and transcriptomic analyses of retrieved stroke clots have identified features associated with patient outcomes. Previous studies have demonstrated the predictive capacity of histology or expression features in isolation. Few studies, however, have investigated how paired histologic image features and expression patterns from the retrieved clots can improve understanding of clot pathobiology and our ability to predict long-term prognosis. We hypothesized that computational models trained using clot histomics and mRNA expression can predict early neurological improvement (ENI) and 90-day functional outcome (modified Rankin Scale Score, mRS) better than models developed using histological composition or expression data alone. METHODS: We performed paired histological and transcriptomic analysis of 32 stroke clots. ENI was defined as a delta-National Institutes of Health Stroke Score/Scale > 4, and a good long-term outcome was defined as mRS ≤2 at 90 days after procedure. Clots were H&E-stained and whole-slide imaged at 40×. An established digital pathology pipeline was used to extract 237 histomic features and to compute clot percent composition (%Comp). When dichotomized by either the ENI or mRS thresholds, differentially expressed genes were identified as those with absolute fold-change >1.5 and q < 0.05. Machine learning with recursive feature elimination (RFE) was used to select clot features and evaluate computational models for outcome prognostication. RESULTS: For ENI, RFE identified 9 optimal histologic and transcriptomic features for the hybrid model, which achieved an accuracy of 90.8% (area under the curve [AUC] = 0.98 ± 0.08) in testing and outperformed models based on histomics (AUC = 0.94 ± 0.09), transcriptomics (AUC = 0.86 ± 0.16), or %Comp (AUC = 0.70 ± 0.15) alone. For mRS, RFE identified 7 optimal histomic and transcriptomic features for the hybrid model. This model achieved an accuracy of 93.7% (AUC = 0.94 ± 0.09) in testing, also outperforming models based on histomics (AUC = 0.90 ± 0.11), transcriptomics (AUC = 0.55 ± 0.27), or %Comp (AUC = 0.58 ± 0.16) alone. CONCLUSION: Hybrid models offer improved outcome prognostication for patients with stroke. Identified digital histology and mRNA signatures warrant further investigation as biomarkers of patient functional outcome after thrombectomy.

Abstract Introduction Genome wide association studies (GWAS) have identified multiple regions that confer genetic risk for the polyarticular/oligoarticular forms of juvenile idiopathic arthritis (JIA). However, genome-wide scans do not identify the cells impacted by genetic polymorphisms on the risk haplotypes or the genes impacted by those variants. We have shown that genetic variants driving JIA risk are likely to affect both innate and adaptive immune functions. We provide additional evidence that JIA risk variants impact innate immunity. Materials and Methods We queried publicly available H3K4me1/H3K27ac ChIP-seq data in CD14+ monocytes to determine whether the linkage disequilibrium (LD) blocks incorporating the SNPs that tag JIA risk loci showed enrichment for these epigenetic marks. We also queried monocyte/macrophage GROseq data, a functional readout of active enhancers. We defined the topologically associated domains (TADs) encompassing enhancers on the risk haplotypes and identified genes within those TADs expressed in monocytes. We performed ontology analyses of these genes to identify cellular processes that may be impacted by these variants. We also used whole blood RNAseq data from the Genotype-Tissue Expression (GTEx) data base to determine whether SNPs lying within monocyte GROseq peaks influence plausible target genes within the TADs encompassing the JIA risk haplotypes. Results The LD blocks encompassing the JIA genetic risk regions were enriched for H3K4me1/H3K27ac ChIPseq peaks (p=0.00021 and p=0.022) when compared to genome background. Eleven and sixteen JIA were enriched for resting and activated macrophage GROseq peaks, respectively risk regions (p=0.04385 and p=0.00004). We identified 321 expressed genes within the TADs encompassing the JIA haplotypes in human monocytes. Ontological analysis of these genes showed enrichment for multiple immune functions. Finally, we found that SNPs lying within the GROseq peaks are strongly associated with expression levels of plausible target genes in human whole blood. Conclusions These findings support the idea that both innate and adaptive immunity are impacted by JIA genetic risk variants.

HIV disease remains prevalent in the USA and chronic kidney disease remains a major cause of morbidity in HIV-1-positive patients. Host double-stranded RNA (dsRNA)-activated protein kinase (PKR) is a sensor for viral dsRNA, including HIV-1. We show that PKR inhibition by compound C16 ameliorates the HIV-associated nephropathy (HIVAN) kidney phenotype in the Tg26 transgenic mouse model, with reversal of mitochondrial dysfunction. Combined analysis of single-nucleus RNA-seq and bulk RNA-seq data revealed that oxidative phosphorylation was one of the most downregulated pathways and identified signal transducer and activator of transcription (STAT3) as a potential mediating factor. We identified in Tg26 mice a novel proximal tubular cell cluster enriched in mitochondrial transcripts. Podocytes showed high levels of HIV-1 gene expression and dysregulation of cytoskeleton-related genes; and these cells dedifferentiated and were lost from the glomerular tuft. In injured proximal tubules, cell-cell interaction analysis indicated activation of the profibrogenic PKR-STAT3-platelet derived growth factor (PDGF)-D pathway. These findings suggest that PKR inhibition and mitochondrial rescue are potential novel therapeutic approaches for HIVAN.

Endovascular treatment with the woven endobridge (WEB) device has been widely utilized for managing intracranial aneurysms. However, predicting the probability of achieving adequate occlusion (Raymond-Roy classification 1 or 2) remains challenging.

Abstract APOL1 high-risk variants partially explain the high kidney disease prevalence among African ancestry individuals. Many mechanisms have been reported in cell culture models, but few have been demonstrated in mouse models. Here we characterize two models: (1) HIV- associated nephropathy (HIVAN) Tg26 mice crossed with bacterial artificial chromosome (BAC)/APOL1 transgenic mice and (2) interferon-ψ administered to BAC/APOL1 mice. Both models showed exacerbated glomerular disease in APOL1-G1 compared to APOL1-G0 mice. HIVAN model glomerular bulk RNA-seq identified synergistic podocyte-damaging pathways activated by the APOL1-G1 allele and by HIV transgenes. Single-nuclear RNA-seq revealed podocyte-specific patterns of differentially-expressed genes as a function of APOL1 alleles. Eukaryotic Initiation factor-2 pathway was the most activated pathway in the interferon-ψ model and the most deactivated pathway in the HIVAN model. HIVAN mouse model podocyte single-nuclear RNA-seq data showed similarity to human focal segmental glomerulosclerosis (FSGS) glomerular bulk RNA-seq data. Furthermore, single-nuclear RNA-seq data from interferon-ψ mouse model podocytes ( in vivo ) showed similarity to human FSGS single-cell RNA- seq data from urine podocytes ( ex vivo ) and from human podocyte cell lines ( in vitro ) using bulk RNA-seq. These data highlight differences in the transcriptional effects of the APOL1 -G1 risk variant in a model specific manner. Shared differentially expressed genes in podocytes in both mouse models suggest possible novel glomerular damage markers in APOL1 variant-induced diseases. Transcription factor Zbtb16 was downregulated in podocytes and endothelial cells in both models, possibly contributing to glucocorticoid-resistance. In summary, these findings in two mouse models suggest both shared and distinct therapeutic opportunities for APOL1 glomerulopathies. Significance statement Coding variants in APOL1, encoding apolipoprotein L1, contribute to kidney disease in individuals with African ancestry. The mechanisms for glomerular injury remain incompletely understood. We studied two transgenic mouse models, HIV-associated nephropathy and interferon-ψ administration. Using glomerular and single-nuclear RNA sequencing, we identified genes differentially expressed among mice with kidney risk alleles (G1) and the common variant (G0). Both models exhibited up-regulation of genes that indicated podocyte damage with risk alleles compared to the common variant. One gene down-regulated in both models was Zbtb16, encoding a transcription factor, that may contribute to glucocorticoid-resistance. Overall, the findings suggest both shared and distinct alterations in the two disease models.

SUMMARY Stiffened arteries are a pathology of atherosclerosis, hypertension, and coronary artery disease and a key risk factor for cardiovascular disease events. The increased stiffness of arteries triggers the hypermigration and hyperproliferation of vascular smooth muscle cells (VSMCs), leading to neointimal hyperplasia and accelerated neointima formation, but the mechanism of this trigger is not known. Our analyses of whole-transcriptome microarray data sets from mouse VSMCs cultured on stiff hydrogels simulating arterial pathology and from injured mouse femoral arteries revealed 80 genes that were differentially regulated (74 upregulated and 6 downregulated) relative to expression in control VSMCs cultured on soft hydrogels and in uninjured femoral arteries. A functional enrichment analysis revealed that these stiffness-sensitive genes are linked to cell cycle progression and proliferation. Furthermore, we found that survivin, a member of the inhibitor of apoptosis protein family, mediates stiffness-sensitive cell cycling and proliferation in vivo and in vitro as determined by gene network and pathway analyses, RT-qPCR, and immunoblotting. The stiffness signal is mechanotransduced via FAK and Rac signaling to regulate survivin expression, establishing a regulatory pathway for how the stiffness of the cellular microenvironment affects VSMC behaviors. Our findings indicate that survivin is necessary for VSMC cycling and proliferation and regulates stiffness-responsive phenotypes.

Abstract The middle cerebral artery occlusion (MCAO) suture model is widely accepted ischemic stroke model. However, researchers routinely use young male rats, ignoring that stroke risk is increased in older, post-menopausal women. To this end, we implemented (120-minute) transient- and permanent-occlusion MCAO models in female retired-breeder rats, examining the endpoint across 1-30 days to identify the optimal time course for the model. We found that in both groups the physical infarct (measured by triphenyltetrazolium chloride -TTC staining), which is present initially, was not detectable 30 days post-MCAO (even if some neurologic symptoms persist). Across shorter time-points (namely 24 hours and 7 days) we found that neurologic scores generally reach a plateau/maximum at ∽7 days, then infarct size gradually decreases over time for rats receiving a permanent MCAO. Across 3 transient occlusion times (60 minutes, 90 minutes, and 120 minutes), the longest gave the most robust result. Overall, the permeant and 120-minute transient MCAO evaluated at 7 days was optimal. Using these two models, we evaluated the neuroprotective qualities of the antibiotic, minocycline. We found that those in the treatment groups experienced a greater improvement in neurologic scores and a larger decrease in infarct size after daily treatment for seven days. This improvement was more prominent in the transiently occluded treatment group than in the permanently occluded group.

Cellular metabolism is influenced by the stiffness of the extracellular matrix. Focal adhesion kinase (FAK) and its binding partner, p130Cas, transmit biomechanical signals, such as substrate stiffness, to the cell to regulate a variety of cellular responses, but their roles in early transcriptional and metabolic responses remain largely unexplored. We cultured mouse embryonic fibroblasts with or without siRNA-mediated FAK or p130Cas knockdown and assessed the early transcriptional responses of these cells to placement on soft and stiff substrates by RNA sequencing and bioinformatics analyses. Exposure to the stiff substrate altered the expression of genes important for metabolic and biosynthetic processes, and these responses were influenced by knockdown of FAK and p130Cas. Our findings reveal that FAK-p130Cas signaling mechanotransduces substrate stiffness to early transcriptional changes that alter cellular metabolism and biosynthesis.