Forced expression of selected transcription factors can transform somatic cells into embryonic stem cell (ESC)-like cells, termed induced pluripotent stem cells (iPSCs). There is no consensus regarding the preferred tissue from which to harvest donor cells for reprogramming into iPSCs, and some donor cell types may be more prone than others to accumulation of epigenetic imprints and somatic cell mutations. Here, we present a simple, reproducible, noninvasive method for generating human iPSCs from renal tubular cells present in urine. This procedure eliminates many problems associated with other protocols, and the resulting iPSCs display an excellent ability to differentiate. These data suggest that urine may be a preferred source for generating iPSCs.

Summary Aging is a multifactorial process where deterioration of body functions is driven by stochastic damage while counteracted by distinct genetically encoded repair systems. To better understand the genetic component of aging, many studies have addressed the gene and protein expression profiles of various aging model systems engaging different organisms from yeast to human. The recently identified small non‐coding miRNAs are potent post‐transcriptional regulators that can modify the expression of up to several hundred target genes per single miRNA, similar to transcription factors. Increasing evidence shows that miRNAs contribute to the regulation of most if not all important physiological processes, including aging. However, so far the contribution of miRNAs to age‐related and senescence‐related changes in gene expression remains elusive. To address this question, we have selected four replicative cell aging models including endothelial cells, replicated CD8 + T cells, renal proximal tubular epithelial cells, and skin fibroblasts. Further included were three organismal aging models including foreskin, mesenchymal stem cells, and CD8 + T cell populations from old and young donors. Using locked nucleic acid‐based miRNA microarrays, we identified four commonly regulated miRNAs, miR‐17 down‐regulated in all seven; miR‐19b and miR‐20a, down‐regulated in six models; and miR‐106a down‐regulated in five models. Decrease in these miRNAs correlated with increased transcript levels of some established target genes, especially the cdk inhibitor p21/CDKN1A. These results establish miRNAs as novel markers of cell aging in humans.

Abstract Several pathways modulating longevity and stress resistance converge on translation by targeting ribosomal proteins or initiation factors, but whether this involves modifications of ribosomal RNA is unclear. Here, we show that reduced levels of the conserved RNA methyltransferase NSUN5 increase the lifespan and stress resistance in yeast, worms and flies. Rcm1, the yeast homologue of NSUN5, methylates C2278 within a conserved region of 25S rRNA. Loss of Rcm1 alters the structural conformation of the ribosome in close proximity to C2278, as well as translational fidelity, and favours recruitment of a distinct subset of oxidative stress-responsive mRNAs into polysomes. Thus, rather than merely being a static molecular machine executing translation, the ribosome exhibits functional diversity by modification of just a single rRNA nucleotide, resulting in an alteration of organismal physiological behaviour, and linking rRNA-mediated translational regulation to modulation of lifespan, and differential stress response.

Loss of functionality during aging of cells and organisms is caused and accompanied by altered cell-to-cell communication and signalling. One factor thereby is the chronic accumulation of senescent cells and the concomitant senescence-associated secretory phenotype (SASP) that contributes to microenvironment remodelling and a pro-inflammatory status. While protein based SASP factors have been well characterized, little is known about small extracellular vesicles (sEVs) and their miRNA cargo. Therefore, we analysed secretion of sEVs from senescent human dermal fibroblasts and catalogued the therein contained miRNAs. We observed a four-fold increase of sEVs, with a concomitant increase of >80% of all cargo miRNAs. The most abundantly secreted miRNAs were predicted to collectively target mRNAs of pro-apoptotic proteins, and indeed, senescent cell derived sEVs exerted anti-apoptotic activity. In addition, we identified senescence-specific differences in miRNA composition of sEVs, with an increase of miR-23a-5p and miR-137 and a decrease of miR-625-3p, miR-766-3p, miR-199b-5p, miR-381-3p, miR-17-3p. By correlating intracellular and sEV-miRNAs, we identified miRNAs selectively retained in senescent cells (miR-21-3p and miR-17-3p) or packaged specifically into senescent cell derived sEVs (miR-15b-5p and miR-30a-3p). Therefore, we suggest sEVs and their miRNA cargo to be novel, members of the SASP that are selectively secreted or retained in cellular senescence.

Abstract Due to its ability to recapitulate key pathological processes in vitro , midbrain organoid technology has significantly advanced the modeling of Parkinson’s disease over the last few years. However, some limitations such as insufficient tissue differentiation and maturation, deficient nutrient supply, and low analytical accessibility persist, altogether restricting the technology from reaching its full potential. To overcome these drawbacks, we have developed a multi-sensor integrated organ-on-a-chip platform capable of monitoring the electrophysiological, respiratory, and dopaminergic activity of human midbrain organoids. Our study showed that microfluidic cultivation resulted in a marked reduction in necrotic core formation, improved tissue differentiation as well as the recapitulation of key pathological hallmarks. Non-invasive monitoring employing an orthogonal sensing strategy revealed a clear time dependency in the onset of Parkinson’s disease-related phenotypes, reflecting the complex progression of the neurodegenerative disorder. Furthermore, drug-mediated rescue effects were observed after treatment with the repurposed compound 2-hydroxypropyl β-cyclodextrin, highlighting the platform’s potential in the context of drug screening applications as well as personalized medicine.

Abstract Lipedema is a chronic, progressive disease of adipose tissue with lack of consistent diagnostic criteria. The aim of this study was a thorough comparative characterization of extracellular microRNAs from the stromal vascular fraction (SVF) of healthy and lipedema adipose tissue. For this, we analyzed 187 extracellular microRNAs in concentrated conditioned media (cCM) and specifically in small extracellular vesicles (sEVs) enriched thereof by size exclusion chromatography. No significant difference in median particle size and concentration was observed between sEV fractions in healthy and lipedema. We found the majority of miRNAs located predominantly in cCM compared to sEV enriched fraction. Surprisingly, hierarchical clustering of the most variant miRNAs showed that only sEV miRNA profiles – but not cCM miRNAs – were impacted by lipedema. Seven sEV miRNAs (miR–16-5p, miR-29a-3p, miR-24-3p, miR-454-p, miR–144-5p, miR-130a-3p, let-7c-5p) were differently regulated in lipedema and healthy, whereas only one cCM miRNA (miR-188-5p) was significantly downregulated in lipedema. Comparing SVF from healthy and lipedema patients, we identified sEVs as the lipedema relevant miRNA fraction. This study contributes to identify the potential role of SVF secreted miRNAs in lipedema.

Abstract Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) is characterised by descending skeletal muscle weakness and wasting. FSHD is caused by mis-expression of the transcription factor DUX4, which is linked to oxidative stress, a condition especially detrimental to skeletal muscle with its high metabolic activity and energy demands. Oxidative damage characterises FSHD and recent work suggests metabolic dysfunction and perturbed hypoxia signalling as novel pathomechanisms. However, redox biology of FSHD remains poorly understood, and integrating the complex dynamics of DUX4-induced metabolic changes is lacking. Here we pinpoint the kinetic involvement of altered mitochondrial RONS metabolism and impaired mitochondrial function in aetiology of oxidative stress in FSHD. Transcriptomic analysis in FSHD muscle biopsies reveals strong enrichment for pathways involved in mitochondrial complex I assembly, nitrogen metabolism, oxidative stress response and hypoxia signalling. We found elevated ROS levels correlate with increases in steady-state mitochondrial membrane potential in FSHD myogenic cells. DUX4 triggers mitochondrial membrane polarisation prior to oxidative stress generation and apoptosis through mitochondrial ROS, and affects NO· bioavailability via mitochondrial peroxidation. We identify complex I as the primary target for DUX4-induced mitochondrial dysfunction, with strong correlation between complex I-linked respiration and cellular oxygenation/hypoxia signalling activity in environmental hypoxia. Thus, FSHD myogenesis is uniquely susceptible to hypoxia-induced oxidative stress as a consequence of metabolic mis-adaptation. Importantly, mitochondria-targeted antioxidants rescue FSHD pathology more effectively than conventional antioxidants, highlighting the central involvement of disturbed mitochondrial RONS metabolism. This work provides a pathomechanistic model by which DUX4-induced changes in oxidative metabolism impair muscle function in FSHD, amplified when metabolic adaptation to varying O 2 tension is required. Highlights Transcriptomics data from FSHD muscle indicates enrichment for disturbed mitochondrial pathways Disturbed RONS metabolism correlates with mitochondrial membrane polarisation and myotube hypotrophy DUX4-induced changes in mitochondrial function precede oxidative stress through mitoROS and affect hypoxia signalling via complex I FSHD is sensitive to environmental hypoxia, which increases ROS levels in FSHD myotubes Hypotrophy in hypoxic FSHD myotubes is efficiently rescued with mitochondria-targeted antioxidants Graphical abstract

Abstract Type 2 diabetes mellitus (T2DM) increases the susceptibility of bone fragility. The underlying mechanisms have, however, remained largely unknown. MicroRNAs (miRNAs) are short single-stranded non-coding RNA molecules with utility as biomarkers due to their easy accessibility and stability in bodily fluids. Here, we aimed to use an unbiased approach to identify miRNAs dysregulated in a polygenic mouse model of T2DM. Genome-wide analysis of miRNAs in serum, bone marrow and bone from the polygenic TallyHo/JngJ (TH) mice, which recapitulate T2DM in humans, was performed. This analysis was compared to the recommended control SWR/J and a strain-matched non-diabetic control (TH-ND). When comparing TH mice with TH-ND using an adjusted P-value (FDR) cut-off of 0.2 to identify differentially expressed miRNAs, mmu-miR-466i-5p and mmu-miR-1195 were found to be up-regulated in both serum and in bone marrow. Dysregulated miRNAs were not found in bone tissue. When comparing TH-ND mice with SWR/J using the same FDR cut-off, mmu-miR-351-5p and mmu-miR-322-3p were upregulated in both bone marrow and serum, while mmu-miR-449a-5p and mmu-miR-6240 were downregulated in bone marrow and serum. Dysregulated miRNAs in bone marrow or cortical bone compared to serum between TH-ND mice and SWR/J were investigated for their cell-type enrichment to identify putative donor cells and their gene target networks. Gene target network analysis revealed genes involved in diabetes-related signaling pathways as well as in diabetic bone disease. Cell-type enrichment analysis identified hsa-miR-449a enriched in immune cells, hsa-miR-592 in hepatocytes and endothelial cells, while hsa-miR-424-3p, hsa-miR-1-3p and hsa-miR-196b-5p were enriched in mesenchymal stem cells and their derived tissues. In conclusion, our comparative miRNA profiling sheds light on differential expression patterns between SWR/J and both subgroups of TH. No differences were observed between TH and TH-ND suggesting the genetical background of SWR/J may be responsible for the change of dysregulated miRNA.

Abstract Extracellular vesicles (EVs) are lipid nanoparticles and play an important role in cell-cell communications, making them potential therapeutic agents and allowing to engineer for targeted drug delivery. The expanding applications of EVs in next generation medicine are still limited by existing tools for scaling standardized EV production, single EV tracing and analytics, and thus provide only a snapshot of tissue-specific EV cargo information. Here, we present CD81, an EV surface marker protein, genetically fused to series of tags with additional transmembrane domain to be displayed on the EV surface, which we term Snorkel-tag. This system enables to affinity purify EVs from complex matrices in a non-destructive form. In future applications, this strategy will allow generating transgenic animals to enable tracing and analyzing EVs, and their cargo in physiological and pathophysiological set-ups, and facilitate the development of EV based diagnostic tools in murine models which can be translated to humans.