Rationale: Activated cardiac fibroblasts (CF) are crucial players in the cardiac damage response; excess fibrosis, however, may result in myocardial stiffening and heart failure development. Inhibition of activated CF has been suggested as a therapeutic strategy in cardiac disease, but whether this truly improves cardiac function is unclear. Objective: To study the effect of CF ablation on cardiac remodeling. Methods and Results: We characterized subgroups of murine CF by single-cell expression analysis and identified periostin as the marker showing the highest correlation to an activated CF phenotype. We generated bacterial artificial chromosome–transgenic mice allowing tamoxifen-inducible Cre expression in periostin-positive cells as well as their diphtheria toxin-mediated ablation. In the healthy heart, periostin expression was restricted to valvular fibroblasts; ablation of this population did not affect cardiac function. After chronic angiotensin II exposure, ablation of activated CF resulted in significantly reduced cardiac fibrosis and improved cardiac function. After myocardial infarction, ablation of periostin-expressing CF resulted in reduced fibrosis without compromising scar stability, and cardiac function was significantly improved. Single-cell transcriptional analysis revealed reduced CF activation but increased expression of prohypertrophic factors in cardiac macrophages and cardiomyocytes, resulting in localized cardiomyocyte hypertrophy. Conclusions: Modulation of the activated CF population is a promising approach to prevent adverse cardiac remodeling in response to angiotensin II and after myocardial infarction.

Abstract Protamines are the safeguards of the paternal sperm genome. They replace most of the histones during spermiogenesis, resulting in DNA hypercondensation, thereby protecting its genome from environmental noxa. Impaired protamination has been linked to male infertility in mice and humans in many studies. Apart from impaired DNA integrity, protamine-deficient human and murine sperm show multiple secondary effects, including decreased motility and aberrant head morphology. In this study, we use a Prm2 -deficient mouse model in combination with label-free quantitative proteomics to decipher the underlying molecular processes of these effects. We show that loss of the sperm’s antioxidant capacity, indicated by downregulation of key proteins like SOD1 and PRDX5, ultimately initiates an oxidative stress-mediated destruction cascade during epididymal sperm maturation. This is confirmed by an increased level of 8-OHdG in epididymal sperm, a biomarker for oxidative stress-mediated DNA damage. Prm2 -deficient testicular sperm are not affected and initiate the proper development of blastocyst stage preimplantation embryos in vitro upon intracytoplasmic sperm injection (ICSI) into oocytes. Our results provide new insight into the role of Prm2 and its downstream molecular effects on sperm function and present an important contribution to the investigation of new treatment regimens for infertile men with impaired protamination. Significance statement Sexual reproduction requires the successful fertilization of female eggs by male sperm. The generation of functional sperm is a complex, multi-step differentiation process known as spermatogenesis that takes places in the male testis. One important step for physiological sperm function is the incorporation of small proteins, known as protamines into the DNA. Defects within this process are common causes of male infertility. However, the underlying molecular mechanisms still remain largely unknown, thus preventing targeted therapies. Here, we identify the molecular cascade being initiated in protamine-deficient murine sperm that ultimately impedes fertilization. Our findings have broad implications for the development of new treatment options for infertile men with faulty protamination that seek medical advice.

Most organisms' transcript and protein level only moderately correlate for various reasons, such as regulation of transcription and protein degradation. Better prediction and understanding the correlation between gene expression and protein abundance has been possible by harnessing the matching RNA/protein datasets produced by modern high-throughput RNA-Seq and mass spectrometry methods. In this work, we have utilized some well-studied matching RNA/protein datasets, and explored for the first time a bi-clustering method to cluster genes that have consistent correlation patterns between gene expression and protein abundance. The clustering results have been interpreted from the perspective of both transcriptomic and proteomic features, which show that mRNA half-life, protein half-life and protein structure in concert significantly affect the correlation of gene expression and protein abundance. With these and other carefully selected features, a prediction model based on individual clusters, called Cluster-based Linear prediction Model (CLM), was built and tested on mouse liver mitochondrial, mouse brainstem mitochondrial, Saccharomyces cerevisiae and Danio rerio datasets. CLM could find genes for which protein abundance can be predicted from mRNA data. In summary, based on bi-clustering, feature selection and CLM model, we have established a new and valuable cluster-based protein abundance prediction method.

Abstract The coordination of assimilation pathways for all the elements that make up cellular components is a vital task for every organism. Integrating the assimilation and use of carbon (C) and nitrogen (N) is of particular importance because of the high cellular abundance of these elements. Starch is one of the most important storage polymers of photosynthetic organisms, and a complex regulatory network ensures that biosynthesis and degradation of starch are coordinated with photosynthetic activity and growth. Here, we analyzed three starch metabolism enzymes of Chlamydomonas reinhardtii that we captured by a cyclic guanosine monophosphate-(cGMP-) affinity chromatography approach, namely soluble starch synthase STA3, starch branching enzyme SBE1 and α-amylase AMA2. While none of the recombinant enzymes was directly affected by the presence of cGMP or other nucleotides, suggesting an indirect binding to cGMP, AMA2 activity was stimulated in the presence of L-glutamine (Gln). This activating effect required the enzyme’s N-terminal aspartate kinase–chorismate mutase– tyrA (ACT) domain. Gln is the first N assimilation product and not only a central compound for the biosynthesis of N-containing molecules, but also a recognized signaling molecule for the N status. Our observation suggests that AMA2 might be a means to coordinate N- and C metabolism at the enzymatic level, increasing the liberation of C-skeletons from starch when high Gln levels signal an abundance of assimilated N.

Diversification at the transcriptome 3'end through alternative polyadenylation (APA) is an important and evolutionarily conserved layer of gene regulation associated with differentiation and dedifferentiation processes. Here we identify extensive transcriptome-3'end-alterations in neuroblastoma, a tumour entity with a general paucity of recurrent somatic mutations and an unusually high frequency of spontaneous regression. In an extensive RNAi-screening we reveal the landscape and drivers of transcriptome-3'end-diversification. We discover PCF11 as critical regulator of transcriptome-3'end-diversification, directing APA of hundreds of transcripts including a differentiation RNA-operon. PCF11 shapes inputs converging on WNT-signalling, and governs cell cycle, proliferation, apoptosis and neurodifferentiation. Postnatal PCF11 down-regulation induces a neurodifferentiation program, and low-level PCF11 in neuroblastoma is associated with favourable outcome and spontaneous tumour regression. Our findings document a critical role for APA in tumourigenesis and describe a novel mechanism for cell fate reprogramming in neuroblastoma with important clinical implications. An interactive data repository of transcriptome-wide APA covering >170 RNAis, and an APA-network map with regulatory hubs, is provided.

The coordination of assimilation pathways for all the elements that make up cellular components is a vital task for every organism. Integrating the assimilation and use of carbon (C) and nitrogen (N) is of particular importance because of the high cellular abundance of these elements. Starch is one of the most important storage polymers of photosynthetic organisms, and a complex regulatory network ensures that biosynthesis and degradation of starch are coordinated with photosynthetic activity and growth. Here, we analyzed three starch metabolism enzymes of