Two types of human ES-cell-derived otic progenitors are shown to have the ability to differentiate in vitro into hair-cell-like cells and auditory neurons, and to engraft, differentiate and improve auditory-evoked response thresholds when transplanted into an auditory neuropathy model; this indicates that it may be possible to use cell-based therapeutic strategies to recover damaged sensory circuitry in deafness. Auditory neuropathy is a form of hearing loss in which the sensory-hair cells of the inner ear are often relatively unscathed, making cochlear implants alone ineffective as therapy. Rather, it is the next step in the auditory pathway that is impaired by damage sustained by the spiral ganglion neurons, and there are no routine treatments available to counter sensory-neuron loss. This paper reports the generation of ear-cell progenitors from human embryonic stem cells, and shows that these otic progenitor cells can differentiate into functional cells involved in auditory response. Transplant of the otic progenitor cells into chemically damaged gerbil ears restores auditory evoked response in the brainstem, suggesting that this type of procedure, combined with cochlear implants, could form the basis of a cell-based therapy for some types of deafness. Deafness is a condition with a high prevalence worldwide, produced primarily by the loss of the sensory hair cells and their associated spiral ganglion neurons (SGNs). Of all the forms of deafness, auditory neuropathy is of particular concern. This condition, defined primarily by damage to the SGNs with relative preservation of the hair cells1, is responsible for a substantial proportion of patients with hearing impairment2. Although the loss of hair cells can be circumvented partially by a cochlear implant, no routine treatment is available for sensory neuron loss, as poor innervation limits the prospective performance of an implant3. Using stem cells to recover the damaged sensory circuitry is a potential therapeutic strategy. Here we present a protocol to induce differentiation from human embryonic stem cells (hESCs) using signals involved in the initial specification of the otic placode. We obtained two types of otic progenitors able to differentiate in vitro into hair-cell-like cells and auditory neurons that display expected electrophysiological properties. Moreover, when transplanted into an auditory neuropathy model, otic neuroprogenitors engraft, differentiate and significantly improve auditory-evoked response thresholds. These results should stimulate further research into the development of a cell-based therapy for deafness.

Abstract Urothelial carcinoma of the bladder (UCC) is a common disease that arises by at least two different molecular pathways. The biology of UCC is incompletely understood, making the management of this disease difficult. Recent evidence implicates a regulatory role for microRNA in cancer. We hypothesized that altered microRNA expression contributes to UCC carcinogenesis. To test this hypothesis, we examined the expression of 322 microRNAs and their processing machinery in 78 normal and malignant urothelial samples using real-time rtPCR. Genes targeted by differentially expressed microRNA were investigated using real-time quantification and microRNA knockdown. We also examined the role of aberrant DNA hypermethylation in microRNA downregulation. We found that altered microRNA expression is common in UCC and occurs early in tumorogenesis. In normal urothelium from patients with UCC, 11% of microRNAs had altered expression when compared with disease-free controls. This was associated with upregulation of Dicer, Drosha, and Exportin 5. In UCC, microRNA alterations occur in a tumor phenotype–specific manner and can predict disease progression. High-grade UCC were characterized by microRNA upregulation, including microRNA-21 that suppresses p53 function. In low-grade UCC, there was downregulation of many microRNA molecules. In particular, loss of microRNAs-99a/100 leads to upregulation of FGFR3 before its mutation. Promoter hypermethylation is partly responsible for microRNA downregulation. In conclusion, distinct microRNA alterations characterize UCC and target genes in a pathway-specific manner. These data reveal new insights into the disease biology and have implications regarding tumor diagnosis, prognosis and therapy. [Cancer Res 2009;69(21):8472–81]

Abstract Transcriptomes and translatomes measure genome-wide levels of total and ribosome-associated RNAs. A few hundred translatomes were reported over >250,000 transcriptomes highlighting the challenges of identifying translating RNAs. Here, we used a human isogenic inducible model of TDP-43-linked amyotrophic lateral sclerosis, which exhibits altered expression of thousands of transcripts, as a paradigm for the direct comparison of whole-cell, cytoplasmic and translating RNAs, showing broad uncoupling and poor correlation between disease-altered transcripts. Moreover, based on precipitation of endogenous ribosomes, we developed GRASPS (Genome-wide RNA Analysis of Stalled Protein Synthesis), a simple-to-operate translatome technology. Remarkably, GRASPS identified three times more differentially-expressed transcripts with higher fold changes and statistical significance, providing unprecedented opportunities for data modeling at stringent filtering and discovery of previously omics-missed disease-relevant pathways, which functionally map on dense gene regulatory networks of protein-protein interactions. Based on its simplicity and robustness, GRASPS is widely applicable across disciplines in the biotechnologies and biomedical sciences.

Abstract Motivation There exists a range of different quantification frameworks to estimate the synergistic effect of drug combinations. The diversity and disagreement in estimates make it challenging to determine which combinations from a large drug screening should be proceeded with. Furthermore, the lack of accurate uncertainty quantification for those estimates precludes the choice of optimal drug combinations based on the most favourable synergistic effect. Results In this work, we propose SynBa, a flexible Bayesian approach to estimate the uncertainty of the synergistic efficacy and potency of drug combinations, so that actionable decisions can be derived from the model outputs. The actionability is enabled by incorporating the Hill equation into SynBa, so that the parameters representing the potency and the efficacy can be preserved. Existing knowledge may be conveniently inserted due to the flexibility of the prior, as shown by the empirical Beta prior defined for the normalised maximal inhibition. Through experiments on large combination screenings and comparison against benchmark methods, we show that SynBa provides improved accuracy of dose-response predictions and better-calibrated uncertainty estimation for the parameters and the predictions. Availability The code for SynBa is available at https://github.com/HaotingZhang1/SynBa . The datasets are publicly available (DOI of DREAM: 10.7303/syn4231880; DOI of the NCI-ALMANAC subset: 10.5281/zenodo.4135059). Contact hz381@cam.ac.uk

Abstract Background Loss of motor neurons in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) leads to progressive paralysis and death. Dysregulation of thousands of RNA molecules with roles in multiple cellular pathways hinders the identification of ALS-causing alterations over downstream changes secondary to the neurodegenerative process. How many and which of these pathological gene expression changes require therapeutic normalisation remains a fundamental question. Methods Here, we investigated genome-wide RNA changes in C9ORF72-ALS patient-derived neurons and Drosophila , as well as upon neuroprotection taking advantage of our gene therapy approach which specifically inhibits the SRSF1-dependent nuclear export of pathological C9ORF72 -repeat transcripts. This is a critical study to evaluate (i) the overall safety and efficacy of the partial depletion of SRSF1, a member of a protein family involved itself in gene expression, and (ii) a unique opportunity to identify neuroprotective RNA changes. Results Our study demonstrates that manipulation of 362 transcripts out of 2,257 pathological changes in C9ORF72-ALS patient-derived neurons is sufficient to confer neuroprotection upon partial depletion of SRSF1. In particular, expression of 90 disease-altered transcripts is fully reverted upon neuroprotection leading to the characterisation of a human C9ORF72-ALS disease-modifying gene expression signature. These findings were further investigated in vivo in diseased and neuroprotected Drosophila transcriptomes, highlighting a list of 21 neuroprotective changes conserved with 16 human orthologues in patient-derived neurons. We also functionally validated the high therapeutic potential of one of these disease-modifying transcripts, demonstrating that inhibition of ALS-upregulated human KCNN1-3 ( Drosophila SK) voltage-gated potassium channel orthologs mitigates degeneration of human motor neurons as well as Drosophila motor deficits. Conclusions Strikingly, manipulating the expression levels of a small proportion of RNAs is sufficient to induce a therapeutic effect, further indicating that the SRSF1-targeted gene therapy approach is safe in the above preclinical models as it does not disrupt globally gene expression. The efficacy of this intervention is also validated at genome-wide level with therapeutically-induced RNA changes involved in the vast majority of biological processes affected in C9ORF72-ALS. Finally, the identification of a characteristic signature with key RNA changes modified in both the disease state and upon neuroprotection also provides potential new therapeutic targets and biomarkers.