Objective T cells play a key role in the pathogenesis of early systemic sclerosis. This study was undertaken to assess the safety and efficacy of abatacept in patients with diffuse cutaneous systemic sclerosis (dc SS c). Methods In this 12‐month, randomized, double‐blind, placebo‐controlled trial, participants were randomized 1:1 to receive either subcutaneous abatacept 125 mg or matching placebo, stratified by duration of dc SS c. Escape therapy was allowed at 6 months for worsening disease. The coprimary end points were change in the modified Rodnan skin thickness score ( MRSS ) compared to baseline and safety over 12 months. Differences in longitudinal outcomes were assessed according to treatment using linear mixed models, with outcomes censored after initiation of escape therapy. Skin tissue obtained from participants at baseline was classified into intrinsic gene expression subsets. Results Among 88 participants, the adjusted mean change in the MRSS at 12 months was −6.24 units for those receiving abatacept and −4.49 units for those receiving placebo, with an adjusted mean treatment difference of −1.75 units ( P = 0.28). Outcomes for 2 secondary measures (Health Assessment Questionnaire disability index and a composite measure) were clinically and statistically significantly better with abatacept. The proportion of subjects in whom escape therapy was needed was higher in the placebo group relative to the abatacept group (36% versus 16%). In the inflammatory and normal‐like skin gene expression subsets, decline in the MRSS over 12 months was clinically and significantly greater in the abatacept group versus the placebo group ( P < 0.001 and P = 0.03, respectively). In the abatacept group, adverse events occurred in 35 participants versus 40 participants in the placebo group, including 2 deaths and 1 death, respectively. Conclusion In this phase II trial, abatacept was well‐tolerated, but change in the MRSS was not statistically significant. Secondary outcome measures, including gene expression subsets, showed evidence in support of abatacept. These data should be confirmed in a phase III trial.

The exposure of antibiotics and antibiotic resistance genes (ARGs) as potential threats to the environment has raised global concern. This study provides discussion on the emergence and distribution of antibiotics and ARGs in lakes. The correlation of critical water quality parameters with antibiotics and ARGs are evaluated along with their integrative potential ecological risk. Sulfonamides (∼67.18 ng/L) and quinolones (∼77.62 ng/L) were the dominant antibiotics distributed in the aqueous phase, while the quinolones and tetracyclines were the primary contamination factors in the sediment phase. The temporal and spatial distribution revealed that the antibiotic concentrations were significantly lower in summer than other seasons and the lakes in Hebei and Jiangsu provinces exhibited the highest antibiotic pollution. The detection frequency and relative abundance of sul1 gene have been the highest among all detected ARGs. Moreover, ARGs in lakes were driven by several factors, with bacterial communities and mobile genetic elements that prevailed the positive distribution of ARGs. Antibiotics have been identified as critical factors in inducing the propagation of ARGs, which could be further enhanced by chemical contaminants (e.g., heavy metals and nutrients). Involving the risk assessment strategies, research attention should be paid on three antibiotics (ofloxacin, sulfamethoxazole and erythromycin) to strengthen the policy and management of Baiyangdian Lake and East Dongting Lake. This review analysis will provide in-depth understanding to the researchers and policy-makers in formulation of strategies for remediation of antibiotic contamination in the lakes.

Four intrinsic molecular subsets (inflammatory, fibroproliferative, limited, normal-like) have previously been identified in SSc and are characterized by unique gene expression signatures and pathways. The intrinsic subsets have been linked to improvement with specific therapies. Here, we investigated associations between baseline demographics and intrinsic molecular subsets in a meta-analysis of published datasets.Publicly available gene expression data from skin biopsies of 311 SSc patients measured by DNA microarray were classified into the intrinsic molecular subsets. RNA-sequencing data from 84 participants from the ASSET trial were used as a validation cohort. Baseline clinical demographics and intrinsic molecular subsets were tested for statistically significant associations.Males were more likely to be classified in the fibroproliferative subset (P = 0.0046). SSc patients who identified as African American/Black were 2.5 times more likely to be classified as fibroproliferative compared with White/Caucasian patients (P = 0.0378). ASSET participants sera positive for anti-RNA pol I and RNA pol III autoantibodies were enriched in the inflammatory subset (P = 5.8 × 10-5, P = 9.3 × 10-5, respectively), while anti-Scl-70 was enriched in the fibroproliferative subset. Mean modified Rodnan Skin Score (mRSS) was statistically higher in the inflammatory and fibroproliferative subsets compared with normal-like (P = 0.0027). The average disease duration for inflammatory subset was less than fibroproliferative and normal-like intrinsic subsets (P = 8.8 × 10-4).We identified multiple statistically significant differences in baseline demographics between the intrinsic subsets that may represent underlying features of disease pathogenesis (e.g. chronological stages of fibrosis) and have implications for treatments that are more likely to work in certain SSc populations.

Introduction: Linear morphea is an inflammatory condition that is often treated with systemic glucocorticoids and methotrexate, with mycophenolate mofetil being used as an alternative agent. However, there are few published reports on beneficial effect of abatacept for refractory disease. We present a case of a woman in her 30s who presented with linear morphea on her scalp, with a notable response following the addition of subcutaneous abatacept. Methods: Computational analysis was performed comparing the immune cell scores of skin biopsies from five morphea skin biopsies from three additional unique patients and 15 healthy control skin biopsies. Value of p < 0.05 was considered statistically significant. Results: Immune cell scores demonstrated a statistically significant enrichment of activated CD4 memory T cells, M1 macrophages, monocytes, and memory B cells comparing skin biopsies of morphea versus healthy controls (p < 0.05 for all). Discussion: Abatacept may be considered for recalcitrant cases of morphea. Our computational analysis supports a well-designed study is needed to assess abatacept as first-line therapy.

ABSTRACT The lissencephaly-related protein LIS1 is a critical regulator of cytoplasmic dynein that governs motor function and intracellular localization ( e . g ., to microtubule plus-ends). Although LIS1 binding is required for dynein activity, its unbinding prior to initiation of cargo transport is equally important, since preventing dissociation leads to dynein dysfunction. To understand whether and how dynein-LIS1 binding is modulated, we engineered dynein mutants locked in a microtubule-bound (MT-B) or -unbound (MT-U) state. Whereas the MT-B mutant exhibits low LIS1 affinity, the MT-U mutant binds LIS1 with high affinity, and as a consequence remains almost irreversibly bound to microtubule plus-ends. We find that a monomeric motor domain is sufficient to exhibit these opposing LIS1 affinities, and that this is an evolutionarily conserved phenomenon. Three cryo-EM structures of dynein with and without LIS1 reveal microtubule-binding induced conformational changes responsible for this regulation. Our work reveals key biochemical and structural insight into LIS1-mediated dynein activation.

Abstract A large number of putative risk genes of autism spectrum disorder (ASD) have been reported. The functions of most of these susceptibility genes in developing brains remain unknown, and a causal relationship between their variations and autism traits has not been established. The aim of this study is to predict putative risk genes at the whole-genome level based on the analysis of gene co-expression with a group of high confidence ASD risk genes (hcASDs). Results showed that three gene features, including gene size, mRNA abundance, and guanine-cytosine content, affect genome-wide co-expression profiles of hcASDs. To circumvent the interference of these gene features on gene co-expression analysis (GCA), we developed a method to determine whether a gene is significantly co-expressed with hcASDs by statistically comparing the co-expression profile of this gene with hcASDs to that of this gene with permuted gene sets of feature-matched genes. This method is referred to as “matched-gene co-expression analysis” (MGCA). With MGCA, we demonstrated the convergence in developmental expression profiles of hcASDs and improved the efficacy of risk gene prediction. Results of analysis of two recently reported ASD candidate genes, CDH11 and CDH9, suggested the involvement of CDH11 , but not CDH9 , in ASD. Consistent with this prediction, behavioral studies showed that Cdh11 -null mice, but not Cdh9 -null mice, have multiple autism-like behavioral alterations. This study highlighted the power of MGCA in revealing ASD-associated genes and the potential role of CDH11 in ASD.

Here, the efficacy of abatacept in patients with early diffuse systemic sclerosis (dcSSc) was analyzed to test the hypothesis that patients in the inflammatory intrinsic subset would show the most significant clinical improvement. Eighty-four participants with dcSSc were randomized to receive abatacept or placebo for 12 months. RNA-Seq was performed on 233 skin paired biopsies at baseline and at 3 and 6 months. Improvement was defined as a 5-point or more than 20% change in modified Rodnan skin score (mRSS) between baseline and 12 months. Samples were assigned to intrinsic gene expression subsets (inflammatory, fibroproliferative, or normal-like subsets). In the abatacept arm, change in mRSS was most pronounced for the inflammatory and normal-like subsets relative to the placebo subset. Gene expression for participants on placebo remained in the original molecular subset, whereas inflammatory participants treated with abatacept had gene expression that moved toward the normal-like subset. The Costimulation of the CD28 Family Reactome Pathway decreased in patients who improved on abatacept and was specific to the inflammatory subset. Patients in the inflammatory subset had elevation of the Costimulation of the CD28 Family pathway at baseline relative to that of participants in the fibroproliferative and normal-like subsets. There was a correlation between improved ΔmRSS and baseline expression of the Costimulation of the CD28 Family pathway. This study provides an example of precision medicine in systemic sclerosis clinical trials.

Abstract Motivation Identification of biological pathways plays a central role in understanding both human health and diseases. Although much work has previously been done to explore the biological pathways by using single omics data, little effort has been reported using multi-omics data integration, mainly due to methodological and technological limitations. Compared to single omics data, multi-omics data will help identifying disease specific functional pathways with both higher sensitivity and specificity, thus gaining more comprehensive insights into the molecular architecture of disease processes. Results In this paper, we propose two computational approaches that integrate multi-omics data and identify disease-specific biological pathways with high sensitivity and specificity. Applying our methods to an experimental multi-omics data dataset on muscular dystrophy subtypes, we identified disease-specific pathways of high biological plausibility. The developed methodology will likely have a broad impact on improving the molecular characterization of many common diseases. Contact yuewang@vt.edu Supplementary information Supplementary information attached.

Summary The soil ubiquitous Bacillus subtilis is known to promote plant growth and protect plants against disease. These characteristics make B. subtilis highly relevant in an agricultural perspective, fueling the interest in studying B. subtilis -plant interactions. Here, we employ an experimental evolution approach to explore adaptation of B. subtilis to Arabidopsis thaliana roots. We found that B. subtilis rapidly adapted to the plant root environment, as evidenced by improved root colonizers observed already after 12 consecutive transfers between seedlings in a hydroponic setup. In addition, two selected evolved isolates from independent populations from transfer 30 outcompeted the ancestor during root colonization. Re-sequencing of single evolved isolates and endpoint populations revealed mutations in genes related to different bacterial traits. Further, phenotypic characterization of evolved isolates from transfer 30 showed that increased root colonization was associated with robust biofilm formation in response to the plant polysaccharide xylan. Additionally, several evolved isolates across independent populations were impaired in motility, a redundant trait in the selective environment. Interestingly, two evolved isolates suffered a fitness disadvantage in a non-selective environment, demonstrating an evolutionary cost of adaptation to the plant root. Finally, increased root colonization by a selected evolved isolate was also demonstrated in the presence of resident soil microbes. Our findings provide novel insights into how a well-known plant growth-promoting rhizobacterium rapidly adapts to an ecologically relevant environment and reveal evolutionary consequences that are fundamental to consider when evolving strains for biocontrol purposes.

Background

 A prior pilot study of abatacept in SSc with molecular gene expression data in skin (1) found that four of five patients who improved on abatacept, as determined by change in mRSS, were in the inflammatory intrinsic gene expression subset. Improvement was accompanied by a decrease in gene expression for immune pathways, including the CD28 and CTLA4 receptors—the target of abatacept. Here we tested our a priori hypothesis that the inflammatory subset shows a significant decline in mRSS during abatacept therapy. 

Objectives

 ASSET (Abatacept Systemic SclErosis Trial) is a Phase 2 study designed to assess the efficacy of subcutaneous abatacept to treat diffuse cutaneous systemic sclerosis. We performed RNA-sequencing (RNA-seq) analysis of skin biopsies and analyzed associations between intrinsic molecular subsets and clinical outcomes in the ASSET trial. 

Methods

 RNA-seq was performed on skin biopsies from 84 participants in the ASSET trial. A machine learning classifier was trained on independent cohorts and used to objectively classify patients into intrinsic gene expression subsets prior to study unblinding (2). Treatment differences in longitudinal outcomes were assessed using linear mixed effect models. 

Results

 84 participants were assigned to intrinsic subset at baseline resulting in 33 inflammatory, 18 fibroproliferative, and 33 normal-like samples. Change in mRSS over 12 months was significantly different between the abatacept and placebo treatment arms for the inflammatory (p<0.001) and normal-like (p=0.03) subsets, but there was no difference in the fibroproliferative subset of patients (p=0.47) (Figure 1). For FVC% predicted, the fibroproliferative subset showed a numerical increase in FVC% in the abatacept arm (p=0.19) while all other groups showed decreases in FVC%. All gene expression subsets showed decreases in HAQ-DI in the abatacept arm not observed in the placebo arm, with the most robust changes occurring in the inflammatory (p=0.09) and normal-like (p=0.06) subsets. 

Conclusion

 There was a marked divergence of the trajectory for mRSS change for the inflammatory subset and no apparent impact for the fibroproliferative subset. In contrast, only the fibroproliferative subset showed a clinically meaningful FVC change for abatacept. For the broader functional measure of HAQ-DI, there were similar impacts of abatacept on all three intrinsic skin gene expression subsets but is numerically greatest for the normal-like and fibroproliferative subsets. Together these data show for the first time in a placebo-controlled trial that intrinsic skin gene expression subsets may predict differential response to a targeted biological therapy, and also that this may reflect impact on different facets of SSc pathogenesis in skin or lung. This suggests that stratification of cases according to intrinsic gene expression subsets may maximize the number of informative SSc cases in clinical trials, and potentially improve future clinical practice. 

References

 [1] E. F. Chakravarty, et al., Gene expression changes reflect clinical response in a placebo-controlled randomized trial of abatacept in patients with diffuse cutaneous systemic sclerosis. Arthritis Res Ther 17, 159 (2015). [2] J. M. Franks, et al., A Machine Learning Classifier for Assigning Patients with Systemic Sclerosis to Intrinsic Molecular Subsets., Arthritis Rheum. (2019) In Press. 

Acknowledgement

 This project was supported by NIH/NIAID Clinical ACE grant (5UM1AI110557-05) and an investigator-initiated grant by Bristol-Myers Squibb. 

Disclosure of Interests

 Jennifer Franks: None declared, Bhaven Mehta: None declared, Veronica Berrocal: None declared, Yue Wang: None declared, Tammara Wood Consultant for: Celdara Medical LLC, Christopher Denton Grant/research support from: GlaxoSmithKline, Inventiva, CSF Behring, Consultant for: Roche-Genentech, Actelion, GlaxoSmithKline, Sanofi Aventis, Inventiva, CSL Behring, Boehringer Ingelheim, Bayer, Robert Lafyatis: None declared, David Fox: None declared, Dinesh Khanna Shareholder of: Eicos Sciences, Inc, Grant/research support from: Bayer, BMS, Pfizer, Horizon, Consultant for: Actelion Acceleron, Arena, Bayer, BI, BMS, CSL Behring, Corbus, Cytori, GSK, Genentech/Roche, Galapagos, Employee of: Elcos Sciences, Inc, Michael Whitfield Shareholder of: Scientific Founder, Celdara Medical LLC, Grant/research support from: Dr. Whitfield has received research contracts from Celdara Medical LLC and UCB Biopharma, Consultant for: Bristol Myers Squib, Celdara Medical, Corbus, and Boerhinger Ingelheim