Abstract Aging is associated with progressive declines in physiological integrity and functions alongside increases in vulnerability to develop a number of diseases. The brain regulates sensory and motor functions as well as endocrine functions, and age-associated changes in brain are likely prerequisite for the organismal aging. Lipid metabolism has been associated with brain aging, which could be easily intervened by diets and lifestyles. However, the underlying mechanism through which brain lipid metabolism is regulated by diet during aging is elusive. Using stimulated Raman scattering (SRS) imaging combined with deuterium water (D2O) labeling, we visualized that lipid metabolic activities were changed by diet manipulation in aging Drosophila brain. Furthermore, we illuminated that insulin/IGF-1 signaling (IIS) pathway mediates the transformation of brain lipid metabolic changes in both an aging- and a diet-dependent manner. The lipid droplets (LDs) in the brain gradually became inert in both activities of lipid synthesis and mobilization with aging. High sugar diets enhanced the metabolic activity through promoting lipogenesis while dietary restriction increased the metabolic activity in both lipogenesis and lipolysis in brain LDs. However, these effects were impaired in both chico 1/+ and dfoxo Drosophila mutants. We also observed that old chico 1/+ brains maintained high metabolic activities, whilst the aged dfoxo brains acted exactly the opposite. More interestingly, the sexual dimorphism in brain lipid metabolism was impaired under diet regulation in both chico 1/+ and dfoxo mutants. Locally reduced IIS activity in glial cells can mimic the systemic changes in systematic IIS mutants to maintain lipogenesis and lipolysis in aged brains, providing mechanistic insight into the anti-aging effects of IIS pathway. Our results highlight the manipulation of glia-specific IIS activity as a promising strategy in anti-aging treatments.

Bistable structures exhibit a unique snap-through behaviour, which is widely used in different engineering disciplines. Some bistable systems have the ability to change dynamic characteristics such as the depth of the potential wells, distribution of the stable equilibrium points, and symmetry of the potential function, but only for the initial assembly. Therefore, this study presents a novel tunable electromagnetic bistable system (EBS), which can be adjusted online. An EBS is composed of a mechanical spring and an electromagnetic negative-stiffness unit in parallel. To characterise such a system, a static model was developed using the filament method, and the dynamic response was calculated using the harmonic balance method to better understand the EBS tunability. We conducted a series of studies aimed at revealing the effects of the geometric parameters, initial conditions, and excitation level on the dynamic characteristics. Finally, a switch between the interwell and intrawell oscillations of the actively tunable EBS was experimentally demonstrated, improving applications such as adaptive energy harvesting and active vibration control.

Summary The Candidate Phyla Radiation (CPR) is a very large group of bacteria with no pure culture representatives, first discovered by metagenomic analyses. Within the CPR, candidate phylum Parcubacteria (previously referred to as OD1) within the candidate superphylum Patescibacteria is prevalent in anoxic sediments and groundwater. Previously, we had identified a specific member of the Parcubacteria (referred to as DGGOD1a) as an important member of a methanogenic benzene-degrading consortium. Phylogenetic analyses herein place DGGOD1a within the Candidate clade Nealsonbacteria. Because of its persistence over many years, we hypothesized that Ca . Nealsonbacteria DGGOD1a must serve an important role in sustaining anaerobic benzene metabolism in the consortium. To try to identify its growth substrate, we amended the culture with a variety of defined compounds (pyruvate, acetate, hydrogen, DNA, phospholipid), as well as crude culture lysate and three subfractions thereof. We observed the greatest (10 fold) increase in the absolute abundance of Ca . Nealsonbacteria DGGOD1a only when the consortium was amended with crude cell lysate. These results implicate Ca . Nealsonbacteria in biomass recycling. Fluorescent in situ hybridization and cryogenic transmission electron microscope images revealed that Ca . Nealsonbacteria DGGOD1a cells were attached to larger archaeal Methanothrix cells. This apparent epibiont lifestyle was supported by metabolic predictions from a manually curated complete genome. This is one of the first examples of bacterial-archaeal episymbiosis and may be a feature of other Ca . Nealsonbacteria found in anoxic environments.

Abstract In our pursuit of creating a comprehensive human cortical atlas to understand human intelligence, we examined the single-nuclei transcriptomes of 307,738 cells alongside spatial transcriptomics data from 46,948 VISIUM spots and 1,355,582 Stereo cells. Atlases reveal distinct expression patterns and spatial arrangements of cortical neural cell types. Glutamatergic neurons exhibit precise laminar patterns, often mirroring expression patterns in adjacent cortical regions. Overlaying our atlas with functional networks delineated substantial correlations between neural cell types and cortical region function. Notably, regions involved in processing sensory information (pain) display a pronounced accumulation of extratelencephalic neurons. Additionally, our atlas enabled precise localization of the thicker layer 4 of the visual cortex and an in-depth study of the stabilize the subplate structure, known as layer 6b, revealed specific marker genes and cellular compositions. Collectively, our research sheds light on the cellular foundations of the intricate and intelligent regions within the human cortex.

ABSTRACT We investigated the impact of oxygen on a strictly anaerobic, methanogenic benzene-degrading enrichment culture derived decades ago from oil-contaminated sediment. The culture includes a benzene fermenter from Deltaproteobacteria Candidate clade Sva0485 (referred to as ORM2) and methanogenic archaea. A relatively small one-time injection of air, simulating a small leak into a batch culture bottle, had no measurable impact on benzene degradation rates, although retrospectively, a tiny enrichment of aerobic taxa was detected. A subsequent 100 times larger injection of air stalled methanogenesis and caused drastic perturbation of the microbial community. A benzene-degrading Pseudomonas became highly enriched and consumed benzene and all available oxygen. Anaerobic benzene-degrading ORM2 cell numbers plummeted during this time; re-growth and associated recovery of methanogenic benzene degradation took almost one year. These results highlight the oxygen-sensitivity of this methanogenic culture and confirm that the mechanism for anaerobic biotransformation of benzene is independent of oxygen, fundamentally different from established aerobic pathways, and is carried out by distinct microbial communities. The study further highlights the importance of including microbial decay in characterizing and modelling and mixed microbial communities. SYNOPSIS Methanogenic benzene degradation in a highly enriched anaerobic consortium was inhibited for a year after transient exposure to oxygen, causing mass decay of benzene-fermenting bacteria. GRAPHIC FOR ABSTRACT ART

SUMMARY Tau (MAPT) drives neuronal dysfunction in Alzheimer’s disease (AD) and other tauopathies. To dissect the underlying mechanisms, we combined an engineered ascorbic acid peroxidase (APEX) approach with quantitative affinity purification mass spectrometry (AP-MS) followed by proximity ligation assay (PLA) to characterize Tau interactomes modified by neuronal activity and mutations that cause frontotemporal dementia (FTD) in human induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived neurons. We established activity-dependent interactions of Tau with presynaptic vesicle proteins during Tau secretion and mapped the exact APEX-tau-induced biotinylated tyrosines to the cytosolic domains of the interacting vesicular proteins. We showed that FTD mutations impair bioenergetics and markedly diminished Tau’s interaction with mitochondria proteins, which were downregulated in AD brains of multiple cohorts and correlated with disease severity. These multi-modal and dynamic Tau interactomes with unprecedented spatiotemporal resolution shed novel insights into Tau’s role in neuronal function and disease-related processes with potential therapeutic targets to block Tau-mediated pathogenesis.

Heart failure (HF) is a leading cause of morbidity and mortality worldwide. A small proportion of HF cases are attributable to monogenic cardiomyopathies and existing genome-wide association studies (GWAS) have yielded only limited insights, leaving the observed heritability of HF largely unexplained. We report the largest GWAS meta-analysis of HF to-date, comprising 47,309 cases and 930,014 controls. We identify 12 independent associations with HF at 11 genomic loci, all of which demonstrate one or more associations with coronary artery disease (CAD), atrial fibrillation, or reduced left ventricular function suggesting shared genetic aetiology. Expression quantitative trait analysis of non-CAD-associated loci implicate genes involved in cardiac development (MYOZ1, SYNPO2L), protein homeostasis (BAG3), and cellular senescence (CDKN1A). Using Mendelian randomisation analysis we provide new evidence supporting previously equivocal causal roles for several HF risk factors identified in observational studies, and demonstrate CAD-independent effects for atrial fibrillation, body mass index, hypertension and triglycerides. These findings extend our knowledge of the genes and pathways underlying HF and may inform the development of new therapeutic approaches.

Abstract Screening for peptide fragments that can be displayed on antigen-presenting cells is an essential step in vaccine development. The current approach for this process is slow and costly as it involves separately pulsing cells with chemically synthesized peptides. We present Microfluidic-Enabled production of DNA-barcoded APC Library (MEDAL), a high throughput microfluidic droplet platform for parallel production of DNA-barcoded APCs loaded with enzymatically synthesized peptides. Droplets containing peptides and their encoding DNA are produced from microfluidic PCR-IVTT reaction. APCs presenting both peptides and DNA barcodes are obtained by injecting cells into these droplets. Up to 9,000 different APCs can be produced and screened within a 10-hour workflow. This approach allowed us to identify peptide sequences that bind to APCs expressing H-2Kb MHC class 1 molecule with next-generation sequencing of DNA barcodes.

Abstract Age-related macular degeneration (AMD) is a significant cause of visual impairment in the aging population, with the pathophysiology driven by a complex interplay of genetics, environmental influences and immunometabolic factors. These immunometabolic mechanisms, in particular, those distinguishing between the dry and wet forms of AMD, remain incompletely understood. Utilizing an integrated multiomic approach, incorporating Mendelian Randomization (MR) and single-cell RNA sequencing (scRNA-seq), we have effectively delineated distinct immunometabolic pathways implicated in the development of AMD. Our comprehensive analysis indicates that the androgen-IL10RA-CD16+ monocyte axis could protect against wet AMD. We have also identified several immune and metabolic signatures unique to each AMD subtype, with TNFα and Notch signaling pathways being central to disease progression. Furthermore, our analysis, leveraging expression Quantitative Trait Loci (eQTLs) from the Genotype-Tissue Expression (GTEx) project coupled with MR, have highlighted genes such as MTOR , PLA2G7 , MAPKAPK3 , ANGPTL1 , and ARNT as prospective therapeutic targets. The therapeutic potential of these candidate genes was validated with observations from existing drug trial databases. Our robust genetic and transcriptomic approach has identified promising directions for novel AMD interventions, emphasizing the significance of an integrated multiomic approach in tackling this important cause of visual impairment.

People with protan or deutan color vision are expected to have reduced chromatic sensitivity on the red-green color axis due to altered cone sensitivities; however, complemented sensitivities have been reported in some studies. The mechanism involved in the enhanced sensitivity is considered to encompass a broad spectrum of psychophysiological processes. Nonetheless, the specific details remain unknown. This study investigated the differences in attention-related neural activities between common trichromats and deuteranomalous trichromats during the observation of chromatically identical colors that differ in saliency. Global field power and event-related potentials were analyzed to elucidate how higher cognitive process, particularly attention, manifests in the temporal domain of neural processes in response to stimuli saliency, across color vision types. The finding revealed increased neural activity toward less salient color stimuli in both color vision groups, reflecting a heightened attentional level. Notably, distinct activity patterns were observed at different time frames: common trichromats exhibited at later positive component (P3), and deuteranomalous trichromats exhibited at earlier positive component (P2). Surprisingly, despite their diminished chromatic sensitivity, deuteranomalous trichromats responded quicker to the saliency differences. The result suggests that temporal characteristics play a crucial role in complementary mechanisms in chromatic sensitivities in individuals with diverse color vision.