ABSTRACT Accurate cell type identification is a key and rate-limiting step in single cell data analysis. Single cell references with comprehensive cell types, reproducible and functional validated cell identities, and common nomenclatures are much needed by the research community to optimize automated cell type annotation and facilitate data integration, sharing, and collaboration. In the present study, we developed a novel computational pipeline to utilize the LungMAP CellCards as a dictionary to consolidate single-cell transcriptomic datasets of 104 human lungs and 17 mouse lung samples and constructed “LungMAP CellRef” and “LungMAP CellRef Seed” for both normal human and mouse lungs. “CellRef Seed” has an equivalent prediction power and produces consistent cell annotation as does “CellRef” but improves computational efficiency and simplifies its utilization for fast automated cell type annotation and online visualization. This atlas set incorporates 48 human and 40 mouse well-defined lung cell types catalogued from diverse anatomic locations and developmental time points. Using independent datasets, we demonstrated the utility of our CellRefs for automated cell type annotation analysis of both normal and disease lungs. User-friendly web interfaces were developed to support easy access and maximal utilization of the LungMAP CellRefs. LungMAP CellRefs are freely available to the pulmonary research community through fast interactive web interfaces to facilitate hypothesis generation, research discovery, and identification of cell type alterations in disease conditions.

Abstract Objectives Phage therapy has shown a great promise for the treatment of multidrug-resistant bacterial infections. However, the lack of a thorough and organized understanding of phage-body interactions has limited its clinical application. Methods Here, we administered different purified phages ( Salmonella phage SE_SZW1, Acinetobacter phage AB_SZ6, and Pseudomonas phage PA_LZ7) intravenously to healthy animals (rats and monkeys) to evaluate the phage-induced host responses and phage pharmacokinetics (PK) with different intravenous (IV) doses in healthy animals. The plasma and the organs were sampled after different IV doses to determine the phage biodistribution, the phage-induced cytokines, and antibodies. The potential side effects of phages on animals were assessed. Results A non-compartment model revealed that the plasma phage titer gradually decreased over time following a single dose. Repeated doses caused that the plasma phage titer at 5 minutes dropped 2-3 Log 10 compared to the first dose regardless of phage types in rats. Host innate immune responses were activated including the upregulated expression (>10-fold) of TNF- α and splenic enlargement following repeated doses. Phage-specific neutralization antibodies in animals receiving phages were detected. Similar results were obtained from monkeys. Conclusions The mammalian bodies were well-tolerant to the administered phages. The animal responses to the phages and the phage biodistribution profiles could have a significant impact on the efficacy of phage therapy.

ABSTRACT Alveolar epithelial type 2 (AT2) cells harbor the facultative progenitor capacity in the lung alveolus to drive regeneration after lung injury. Using single cell transcriptomics, software-guided segmentation of tissue damage, and in vivo lineage tracing, we have identified the grainyhead transcription factor Tfcp2l1 as a key regulator of this regenerative process. Tfcp2l1 expression is initiated late in lung development and restricted to the AT2 cell population in the postnatal lung. Loss of Tfcp2l1 in adult AT2 cells decreased self-renewal and enhanced AT2-AT1 differentiation during active tissue regeneration. Conversely, Tfcp2l1 blunts the proliferative response to inflammatory signaling during the early acute phase after injury. This ability of Tfcp2l1 to temporally regulate the balance of AT2 self-renewal and differentiation is spatially restricted to zones undergoing active alveolar regeneration. Single-cell transcriptomics and lineage tracing reveal that Tfcp2l1 regulates cell fate dynamics by balancing the traffic across the AT2-AT1 differentiation axis and restricting the inflammatory program in AT2 cells. Organoid modeling shows that these cell fate dynamics are controlled by Tfcp2l1 regulation of IL-1 receptor expression and activity in AT2 cells. Together, these studies reveal the critical importance of properly staging lung alveolar regeneration and the integral role of Tfcp2l1 plays in balancing epithelial cell self-renewal and differentiation in this process.

Severe lung injury causes basal stem cells to migrate and outcompete alveolar stem cells resulting in dysplastic repair and a loss of gas exchange function. This "stem cell collision" is part of a multistep process that is now revealed to generate an injury-induced tissue niche (iTCH) containing Keratin 5+ epithelial cells and plastic Pdgfra+ mesenchymal cells. Temporal and spatial single cell analysis reveals that iTCHs are governed by mesenchymal proliferation and Notch signaling, which suppresses Wnt and Fgf signaling in iTCHs. Conversely, loss of Notch in iTCHs rewires alveolar signaling patterns to promote euplastic regeneration and gas exchange. The signaling patterns of iTCHs can differentially phenotype fibrotic from degenerative human lung diseases, through apposing flows of FGF and WNT signaling. These data reveal the emergence of an injury and disease associated iTCH in the lung and the ability of using iTCH specific signaling patterns to discriminate human lung disease phenotypes.