Abstract Long non-coding RNAs (lncRNAs) can act as regulatory RNAs which, by altering the expression of target genes, impact on the cellular phenotype and cardiovascular disease development. Endothelial lncRNAs and their vascular functions are largely undefined. Deep RNA-Seq and FANTOM5 CAGE analysis revealed the lncRNA LINC00607 to be highly enriched in human endothelial cells. LINC00607 was induced in response to hypoxia, arteriosclerosis regression in non-human primates and also in response to propranolol used to induce regression of human arteriovenous malformations. siRNA knockdown or CRISPR/Cas9 knockout of LINC00607 attenuated VEGF-A-induced angiogenic sprouting. LINC00607 knockout in endothelial cells also integrated less into newly formed vascular networks in an in vivo assay in SCID mice. Overexpression of LINC00607 in CRISPR knockout cells restored normal endothelial function. RNA- and ATAC-Seq after LINC00607 knockout revealed changes in the transcription of endothelial gene sets linked to the endothelial phenotype and in chromatin accessibility around ERG-binding sites. Mechanistically, LINC00607 interacted with the SWI/SNF chromatin remodeling protein BRG1. CRISPR/Cas9-mediated knockout of BRG1 in HUVEC followed by CUT&RUN revealed that BRG1 is required to secure a stable chromatin state, mainly on ERG-binding sites. In conclusion, LINC00607 is an endothelial-enriched lncRNA that maintains ERG target gene transcription by interacting with the chromatin remodeler BRG1.

Abstract Circular RNAs (circRNAs) are generated by back-splicing and control cellular signaling and phenotypes. Pericytes stabilize the capillary structure and play an important role in the formation and maintenance of new blood vessels. Here, we characterized hypoxia-regulated circRNAs in human pericytes and showed that circPLOD2 is induced by hypoxia and regulates pericyte function. Silencing of circPLOD2 increased pericyte proliferation, endothelial-pericyte interaction and tube formation. Transcriptional profiling of circPLOD2-depleted cells and epigenomic analyses revealed widespread changes in gene expression and identified the circPLOD2-dependent regulation of the transcription factor KLF4 as a key effector of these changes. Importantly, overexpression of KLF4 was sufficient to reverse the effects on pericyte proliferation and endothelial-pericyte interactions observed after circPLOD2 depletion. Together, these data revealed a novel function of circPLOD2 in the control of pericyte proliferation and capillary formation and showed that circPLOD2-mediated regulation of KLF4 significantly contributes to the transcriptional response to hypoxia. Highlights circPLOD2 is upregulated in hypoxia in human vascular pericytes Selective depletion of circPLOD2, but not linear PLOD2 mRNA, changes pericyte migration and endothelial-pericyte interaction circPLOD2 depletion triggers widespread changes in gene expression that are mirrored in the transcriptional hypoxia response Epigenomic analyses pinpoint the transcription factor KLF4 as a central player in circPLOD2-mediated expression changes KLF4 overexpression is sufficient to rescue the changes in pericyte function caused by circPLOD2 depletion

Abstract Aims Advanced age is unequivocally linked to the development of cardiovascular disease, however, the mechanisms leading to loss of endothelial cell regenerative capacity during aging remain poorly understood. Here we aimed to investigate novel mechanisms involved in endothelial cell senescence, that impact on endothelial cell transcription and the vascular repair response upon injury Methods and results RNA sequencing of a unique collection of native endothelial cells from young and aged individuals, showed that aging (20 vs. 80 years) is characterized by p53- mediated reprogramming to promote the expression of senescence-associate genes. Molecular analysis revelead that p53 accumulated and acetylated in the nucleus of aged human endothelial cells to suppress glycolysis. Metabolic flux analysis identified an associated reduction in glucose uptake and ATP availability that inhibited the assembly of the telomerase complex, which was essential for proliferation. Nuclear translocation of p53 in aged endothelial cells was attributed to the loss of the vasoprotective enzyme, cystathionine γ-lyase (CSE), which physically anchored p53 in the cytosol. In mice, loss of endothelial cell CSE activated p53 and arrested vascular repair upon injury, while the AAV9 mediated re-expression of an active CSE mutant retained p53 in the cytosol, maintained endothelial glucose metabolism and proliferation, and prevented endothelial cell senescence. Adenoviral overexpression of CSE in human native aged endothelial cells maintained low p53 activity and re-activated telomerase to revert endothelial cell senescence. Conclusion Our data identified the interaction between CSE and p53 as a promising target to preserve vascular regeneration during aging. Key Question To identify the mechanisms that regulate endothelial cell senescence under native conditions and their impact on vascular repair in aging. Key Finding Lack of a physical interaction between CSE and p53 metabolically reprogrammes endothelial cells to reduce telomerase activity and halt endothelial cell regeneration. Take home message Interventions to increase CSE expression represent a novel therapy against p53-induced endothelial cell cycle arrest and senescense Translational perspective Endothelial rejuvenation strategies could serve as promising therapies against age-related cardiovascular diseases. By investigating human native endothelial cells from young and aged individuals, we identified that the age-related nuclear accumulation of p53 reprograms endothelial cell metabolism, regulates telomerase activity and inhibits endothelial cell regeneration. Nuclear localization of p53 resulted from a loss of its interaction with the cysteine catabolizing enzyme cystathionine γ-lyase in the cytoplasm. Enhancing the physical interaction of p53 with CSE by gene therapy could revert endothelial cell senescence and activate endothelial reparative responses.

Oxidative stress is caused by short-lived molecules and metabolic changes belong to the fastest cellular responses. Here we studied how the endothelial cell metabolome reacts to acute oxidative challenges (menadione or H2O2) to identify redox-sensitive metabolic enzymes. H2O2 selectively increased alpha-ketoglutaramate (alphaKGM), a largely uncharacterized metabolite produced by glutamine transamination and a yet unrecognized intermediate of endothelial glutamine catabolism. The enzyme nitrilase-like 2 omega-amidase (NIT2) converts alphaKGM to alpha-ketoglutarate (alphaKG). Reversible oxidation of specific cysteine in NIT2 by H2O2 inhibited its catalytic activity. Furthermore, a variant in the NIT2 gene that decreases its expression is associated with high plasma alphaKGM level in humans. Endothelial-specific knockout mice of NIT2 exhibited increased levels of alphaKGM and impaired angiogenesis. Knockout of NIT2 impaired endothelial cell proliferation and sprouting and induced senescence. In conclusion, we show that the glutamine transaminase-omega-amidase pathway is a metabolic switch in which NIT2 is the redox-sensitive enzyme. The pathway is modulated in humans and functionally important for endothelial glutamine metabolism.

ABSTRACT Cardiac resident macrophages (crMPs) were recently shown to exert pivotal functions in cardiac homeostasis and disease, but the underlying molecular mechanisms are largely unclear. Long non-coding RNAs (lncRNAs) are increasingly recognized as important regulatory molecules in a number of cell types, but neither the identity nor the molecular mechanisms of lncRNAs in crMPs are known. Here, we have employed deep RNA-seq and single cell RNA sequencing to resolve the crMP lncRNA landscape from healthy and diseased murine myocardium. CrMPs express previously unknown and highly cell type-specific lncRNAs, among which one lncRNA, termed Schlafenlnc , was particularly abundant and enriched in crMPs. We found Schlafenlnc to be necessary for migration-associated gene expression in macrophages in vitro and in vivo and essential for their adhesion and migration. Collectively, our data provide a basis to the systematic characterization of lncRNAs in crMPs and establish Schlafenlnc as a critical regulator of macrophage migratory functions.

Abstract Aims Vascular aging is characterized by the progressive deterioration of endothelial function. Long non-coding RNAs (lncRNAs) are critical regulators of gene expression and protein function. However, their involvement in aging-related dysregulation of endothelial cell function remains largely unknown. Here, we aim to characterize the aging-regulated lncRNA MIRIAL in endothelial cells. Methods + Results We identified Mirial as an aging-induced lncRNA in RNA-sequencing data of mouse cardiac endothelial cells. In human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), gapmer-mediated knockdown of MIRIAL led to decreases in proliferation, migration and basal angiogenic sprouting. Additionally, MIRIAL knockdown led to increased mitochondrial mass, spare respiratory capacity, and vascular endothelial growth factor (VEGF)-stimulated sprouting. Mechanistically, we demonstrate that MIRIAL forms an RNA ·DNA:DNA triple helix (triplex) with a regulatory region of the quiescence-promoting Forkhead Box O1 ( FOXO1 ) gene, thus inducing its expression. The formation of this triplex involves an Alu element within the MIRIAL transcript, representing a previously undescribed mechanism of action for a lncRNA. Further, we generated a global Mirial knockout mouse line of. Angiogenic sprouting of aortic rings from Mirial knockout mice was reduced under basal conditions, but increased after VEGF administration, validating the in vitro angiogenic phenotype. Importantly, cardiac contractile function after acute myocardial infarction is severely reduced in Mirial knockout mice, as compared to wild-type littermates. Conclusions The lncRNA MIRIAL is an aging-induced regulator of endothelial quiescence and metabolism. Translational Perspective LncRNAs often exhibit cell-type or tissue-specific expression and regulation, rendering them potentially druggable targets requiring lower doses and having fewer side effects compared to protein targets. Our current research highlights, that loss of Mirial correlates with adverse outcomes post-acute myocardial infarction in a murine model. Dysregulation of MIRIAL in various human pathological conditions, such as ischemic heart disease, abdominal aortic aneurysm, cancer, and aging, indicates its potential as a diagnostic marker. Mechanistically, MIRIAL regulates endothelial quiescence by modulating FOXO1 expression, suggesting it as a promising therapeutic target to counteract the age-related decline in endothelial cell function.

Abstract DNA:DNA:RNA triplexes that are formed through Hoogsteen base-pairing have been observed in vitro , but the extent to which these interactions occur in cells and how they impact cellular functions remains elusive. Using a combination of bioinformatic techniques, RNA/DNA pulldown and biophysical studies, we set out to identify functionally important DNA:DNA:RNA triplex-forming long non-coding RNAs (lncRNA) in human endothelial cells. The lncRNA HIF1α-AS1 was retrieved as a top hit. Endogenous HIF1α-AS1 reduced the expression of numerous genes, including EPH Receptor A2 and Adrenomedullin through DNA:DNA:RNA triplex formation by acting as an adapter for the repressive human silencing hub complex (HUSH). Moreover, the oxygen-sensitive HIF1α-AS1 was down-regulated in pulmonary hypertension and loss-of-function approaches not only resulted in gene de-repression but also enhanced angiogenic capacity. As exemplified here with HIF1α-AS1, DNA:DNA:RNA triplex formation is a functionally important mechanism of trans-acting gene expression control.

Abstract The coordination of chromatin remodeling is essential for DNA accessibility and gene expression control 1 . The highly conserved and ubiquitously expressed SWItch/Sucrose Non-Fermentable (SWI/SNF) chromatin remodeling complex plays a central role in cell type- and context-dependent gene expression 2 . Despite the absence of a defined DNA recognition motif, SWI/SNF binds lineage specific enhancers genome-wide where it actively maintains open chromatin state 2–5 . It does so while retaining the ability to respond dynamically to cellular signals 4 . However, the mechanisms that guide SWI/SNF to specific genomic targets have remained elusive. Here we demonstrate that trans -acting long non-coding RNAs (lncRNAs) direct the SWI/SNF complex to cell type-specific enhancers. SWI/SNF preferentially binds lncRNAs and these predominantly bind DNA targets in trans . Together they localize to enhancers, many of which are cell type-specific. Knockdown of SWI/SNF- and enhancer-bound lncRNAs causes the genome-wide redistribution of SWI/SNF away from enhancers and a concomitant differential expression of spatially connected target genes. These lncRNA-SWI/SNF-enhancer networks support an enhancer hub model of SWI/SNF genomic targeting. Our findings reveal a competitive recruitment of SWI/SNF by lncRNAs which provide a specific and dynamic layer of control in chromatin accessibility and gene expression.

Extraction of meaningful biological insight from gene expression profiling often focuses on the identification of statistically enriched terms or pathways. These methods typically use gene sets as input data, and subsequently return overrepresented terms along with associated statistics describing their enrichment. This approach does not cater to analyses focused on a single gene-of-interest, particularly when the gene lacks prior functional characterization. To address this, we formulated GeneCOCOA, a method which utilizes context-specific gene co-expression and curated functional gene sets, but focuses on a user-supplied gene-of-interest. The co-expression between the gene-of-interest and subsets of genes from functional groups (e.g. pathways, GO terms) is derived using linear regression, and resulting root-mean-square error values are compared against background values obtained from randomly selected genes. The resulting p values provide a statistical ranking of functional gene sets from any collection, along with their associated terms, based on their co-expression with the gene of interest in a manner specific to the context and experiment. GeneCOCOA thereby provides biological insight into both gene function, and putative regulatory mechanisms by which the expression of the gene-of-interest is controlled. Despite its relative simplicity, GeneCOCOA outperforms similar methods in the accurate recall of known gene-disease associations. GeneCOCOA is formulated as an R package for ease-of-use, available at https://github.com/si-ze/geneCOCOA.