Abstract BACKGROUND & AIMS Inflammatory bowel disease (IBD) is a complex and relapsing inflammatory disease, and patients with IBD exhibit a higher risk of developing colorectal cancer (CRC). Epithelial barrier disruption is one of the major causes of IBD in which epigenetic modulation is pivotal. However, the epigenetic mechanisms underlying the epithelial barrier integrity regulation remain largely unexplored. Here, we investigated how SETD2, an epigenetic modifier, maintains intestinal epithelial homeostasis and attenuates colonic inflammation and tumorigenesis. METHODS GEO public database and IBD tissues were used to investigate the clinical relevance of SETD2 in IBD. To define a role of SETD2 in the colitis, we generated mice with epithelium-specific deletion of Setd2 ( Setd2 Vil-KO mice). Acute colitis was induced by 2% dextran sodium sulfate (DSS), and colitis-associated CRC was induced by injecting azoxymethane (AOM), followed by three cycles of 2% DSS treatments. Colon tissues were collected from mice and analyzed by histology, immunohistochemistry and immunoblots. Organoids were generated from Setd2 Vil-KO and control mice, and were stained with 7-AAD to detect apoptosis. A fluorescent probe, 2′,7′-dichlorodihydrofluorescein diacetate (H2DCFDA), was used to detect the levels of ROS in intestinal epithelial cells (IECs) isolated from the two types of mice. RNA-seq and H3K36me3 ChIP-seq analyses were performed to identify the mis-regulated genes modulated by SETD2. Results were validated in functional rescue experiments by N-acetyl-l-cysteine (NAC) treatment and transgenes expression in IECs. RESULTS SETD2 expression became decreased in IBD patients and DSS-treated colitis mice. Setd2 Vil-KO mice displayed abnormal loss of mucus-producing goblet cells and antimicrobial peptide (AMP)-producing Paneth cells, and exhibited pre-mature intestinal inflammation development. Consistent with the reduced SETD2 expression in IBD patients, Setd2 Vil-KO mice showed increased susceptibility to DSS-induced colitis, accompanied by more severe epithelial barrier disruption and markedly increased intestinal permeability that subsequently facilitated inflammation-associated CRC. Mechanistically, deletion of Setd2 resulted in excess reactive oxygen species (ROS), which led to cellular apoptosis and defects in barrier integrity. NAC treatment in Setd2 Vil-KO mice rescued epithelial barrier injury and apoptosis. Importantly, Setd2 depletion led to excess ROS by directly down-regulating antioxidant genes that inhibit ROS reaction. Moreover, overexpression of antioxidant PRDX6 in Setd2 Vil-KO IECs largely alleviated the overproductions of ROS and improved the cellular survival. CONCLUSIONS Deficiency of Setd2 specifically in the intestine aggravates epithelial barrier disruption and inflammatory response in colitis via a mechanism dependent on oxidative stress. Thus, our results highlight an epigenetic mechanism by which Setd2 modulates oxidative stress to regulate intestinal epithelial homeostasis. SETD2 might therefore be a pivotal regulator that maintains the homeostasis of the intestinal mucosal barrier.

Abstract Long COVID or Post-acute sequalae of COVID-19 (PASC) defines the persistent signs, symptoms, and conditions long after initial SARS-CoV-2 infection which affecting over 10% of COVID-19 patients, with 40% of them affecting respiratory system. The lung histopathological changes and underlying mechanism remain elusive. Here we systemically investigate histopathological and transcriptional changes at 7, 14, 42, 84 and 120 days-post-SARS-CoV-2-infection (dpi) in hamster. We demonstrate persistent viral residues, chronic inflammatory and fibrotic changes from 42dpi to 120dpi. The most prominent lung histopathological lesion is multifocal alveolar-bronchiolization observed in every animal from 14dpi until 120dpi. However, none of the above are observed in hamsters recovered from influenza A infection. We show airway progenitor CK14+ basal cells actively proliferate, differentiate into SCGB1A+ club cell or Tubulin+ ciliated cells, leading to alveolar-bronchiolization. Most importantly, Notch pathway is persistently upregulated. Intensive Notch3 and Hes1 protein expression are detected in alveolar-bronchiolization foci, suggesting the association of sustained Notch signaling with dysregulated lung regeneration. Lung spatial transcriptomics show upregulation of genes positively regulating Notch signaling is spatially overlapping with alveolar-bronchiolization region. To be noted, significant upregulation of tumor-related genes was detected in abnormal bronchiolization region by spatial transcriptomics analysis, indicating possible risk of lung carcinoma. Collectively, our data suggests SARS-CoV-2 infection caused chronic inflammatory and fibrotic tissue damages in hamster lung, sustained upregulation of Notch pathway signaling contributed to the dysregulated lung regeneration and CK14+ basal cells-driven alveolar-bronchiolization. The study provides important information for potential therapeutic approaches and probable long-term surveillance of malignancy in PASC management.

Dahl SS rats exhibit greater levels of renal medullary oxidative stress and lower levels of fumarase activities. Fumarase insufficiencies can increase reactive oxygen species (ROS), the mechanism of which, however, is not clear. A proteomic analysis indicated fumarase knockdown in HK-2 cells resulted in changes in the expression or activity of NADPH oxidase, mitochondrial respiratory chain complex I and III, ATP synthase subunits, and α-oxoglutarate dehydrogenase, all of which are sites of ROS formation. Meantime, the activities of key antioxidant enzymes such as G6PD, 6PGD, GR, GPx and GST increased significantly too. The apparent activation of antioxidant defense appeared insufficient as glutathione precursors, glutathione and GSH/GSSG ratio were decreased. SS rats exhibited changes in redox metabolism similar to HK-2 cells with fumarase knockdown. Supplementation with fumarate and malate, the substrate and product of fumarase, increased and decreased, respectively, blood pressure and the levels of H2O2 and MDA in kidney tissues of SS rats. These results indicate fumarase insufficiencies cause a wide range of changes at several sites of ROS production and antioxidant mechanisms.

Abstract Renal fibrosis is the final development pathway and the most common pathological manifestation of chronic kidney disease. An important intrinsic cause of renal fibrosis is epigenetic alterations. SET domain–containing 2 (SETD2) is the sole histone H3K36 trimethyltransferase, catalyzing H3K36 dimethylation to trimethylation. There is evidence that SETD2-mediated epigenetic alterations are implicated in many diseases. However, it is unclear what role SETD2 plays in the development of renal fibrosis. Clinical data indicate that SETD2 is lowly expressed in patients with renal fibrosis. Here, we established genetically engineered mice with SETD2 and VHL deficiency. SETD2 deficiency leads to severe renal fibrosis in VHL-deficient mice. Mechanically, SETD2 maintains the transcriptional level of Smad7, a negative feedback factor of the TGF-β/Smad signaling pathway, thereby preventing the activation of the TGF-β/Smad signaling pathway. Deletion of SETD2 leads to reduced smad7 expression, which results in activation of the TGF-β/Smad signaling pathway and ultimately fibrosis in the absence of VHL. Our findings reveal the role of SETD2-mediated H3K36me3 of Smad7 in regulating the TGF-β/Smad signaling pathway in renal fibrogenesis. Thus, our study provides innovative insights into SETD2 as a potential therapeutic target for the treatment of renal fibrosis.

Clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) is one of the most common and lethal human urological malignancies in the world. The pathological drivers for ccRCC are still poorly understood. One of them is the Ras family of small GTPases that function as "molecular switches" in many diseases including ccRCC. Among them, Di-Ras2 encodes a 26-kDa GTPase that shares 60% homology to Ras and Rap. Yet little is known about the biological function(s) of Di-Ras2. In this study, we found that Di-Ras2 was upregulated in ccRCC, and promoted the proliferation, migration and invasion of human ccRCC cells in the absence of von Hippel-Lindau (VHL). Mechanistically, Di-Ras2 induces and regulates ccRCC formation by modulating phosphorylation of the downstream effectors and activating the MAPK signaling pathway. Moreover, Di-Ras2 interacts with E3 ubiquitin ligase, VHL, which facilitates the ubiquitination and degradation of Di-Ras2. Together, these results indicate a potential function of Di-Ras2 as an oncogene and biomarker in ccRCC, and these data provide a new perspective of the relationship between VHL and the MAPK pathway in ccRCC tumorigenesis.

Abstract Clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) is a largely incurable disease that is highly relevant to epigenetic regulation including histone modification and DNA methylation. SET domain–containing 2 (SETD2) is a predominant histone methyltransferase catalyzing the trimethylation of histone H3 Lysine 36 (H3K36me3) and its mutations are highly relevant to clear cell renal cell carcinoma (ccRCC). However, its physiology role in ccRCC remains largely unexplored. Here we report that Setd2 deletion impairs the β-catenin destruction complex to facilitate ccRCC formation in a c-MYC-generated polycystic kidney disease (PKD) model, which can be relieved by an inhibitor of β-catenin-responsive transcription. Clinically, SETD2 loss is widely observed in ccRCC samples, and negatively correlated with expression of some members of β-catenin destruction complex, but positively correlated with the activation of Wnt/β-catenin signaling. Our findings thus highlight a previously unrecognized role of SETD2-mediated H3K36me3 modification in regulation of Wnt/β-catenin pathway in ccRCC. Summary Our findings for the first time reveal a previously unrecognized role of the SETD2-mediated H3K36me3 modification in regulation of the Wnt/β-catenin pathway in ccRCC and shed light on the molecular mechanisms underlying the formation of renal cell carcinoma with epigenetic disorders.