Free radicals and oxidants play a dual role as both toxic and beneficial compounds, since they can be either harmful or helpful to the body. They are produced either from normal cell metabolisms in situ or from external sources (pollution, cigarette smoke, radiation, medication). When an overload of free radicals cannot gradually be destroyed, their accumulation in the body generates a phenomenon called oxidative stress. This process plays a major part in the development of chronic and degenerative illness such as cancer, autoimmune disorders, aging, cataract, rheumatoid arthritis, cardiovascular and neurodegenerative diseases. The human body has several mechanisms to counteract oxidative stress by producing antioxidants, which are either naturally produced in situ, or externally supplied through foods and/or supplements. This mini-review deals with the taxonomy, the mechanisms of formation and catabolism of the free radicals, it examines their beneficial and deleterious effects on cellular activities, it highlights the potential role of the antioxidants in preventing and repairing damages caused by oxidative stress, and it discusses the antioxidant supplementation in health maintenance.

The terminal t-loop structure adopted by mammalian telomeres is thought to prevent telomeres from being recognized as double-stranded DNA breaks by sequestering the 3′ single-stranded G-rich overhang from exposure to the DNA damage machinery. The POT1 (protection of telomeres) protein binds the single-stranded overhang and is required for both chromosomal end protection and telomere length regulation. The mouse genome contains two POT1 orthologs, Pot1a and Pot1b. Here we show that conditional deletion of Pot1a elicits a DNA damage response at telomeres, resulting in p53-dependent replicative senescence. Pot1a-deficient cells exhibit overall telomere length and 3′ overhang elongation as well as aberrant homologous recombination (HR) at telomeres, manifested as increased telomere sister chromatid exchanges and formation of telomere circles. Telomeric HR following Pot1a loss requires NBS1. Pot1a deletion also results in chromosomal instability. Our results suggest that POT1a is crucial for the maintenance of both telomere integrity and overall genomic stability.

Abstract Pain after surgery causes significant suffering. Opioid analgesics cause severe side effects and accidental death. Therefore, there is an urgent need to develop non-opioid therapies for managing post-surgical pain. Local application of Clarix Flo (FLO), a human amniotic membrane (AM) product, attenuated established post-surgical pain hypersensitivity without exhibiting known side effects of opioid use in mice. This effect was achieved through direct inhibition of nociceptive dorsal root ganglion (DRG) neurons via CD44-dependent pathways. We further purified the major matrix component, the heavy chain-hyaluronic acid/pentraxin 3 (HC-HA/PTX3) from human AM that has greater purity and water solubility than FLO. HC-HA/PTX3 replicated FLO-induced neuronal and pain inhibition. Mechanistically, HC-HA/PTX3 induced cytoskeleton rearrangements to inhibit sodium current and high-voltage activated calcium current on nociceptive neurons, suggesting it is a key bioactive component mediating pain relief. Collectively, our findings highlight the potential of naturally derived biologics from human birth tissues as an effective non-opioid treatment for post-surgical pain and unravel the underlying mechanisms.

Abstract Differential chromatin accessibility accompanies and mediates transcriptional control of diverse cell fates and their differentiation during embryogenesis. While the critical role of NKX2-1 and its transcriptional targets in lung morphogenesis and pulmonary epithelial cell differentiation is increasingly known, mechanisms by which chromatin accessibility alters the epigenetic landscape and how NKX2-1 interacts with other co-activators required for alveolar epithelial cell differentiation and function are not well understood. Here, we demonstrate that the paired domain zinc finger transcriptional regulators PRDM3 and PRDM16 regulate chromatin accessibility to mediate cell differentiation decisions during lung morphogenesis. Combined deletion of Prdm3 and Prdm16 in early lung endoderm caused perinatal lethality due to respiratory failure from loss of AT2 cell function. Prdm3/16 deletion led to the accumulation of partially differentiated AT1 cells and loss of AT2 cells. Combination of single cell RNA-seq, bulk ATAC-seq, and CUT&RUN demonstrated that PRDM3 and PRDM16 enhanced chromatin accessibility at NKX2-1 transcriptional targets in peripheral epithelial cells, all three factors binding together at a multitude of cell-type specific cis-active DNA elements. Network analysis demonstrated that PRDM3/16 regulated genes critical for perinatal AT2 cell differentiation, surfactant homeostasis, and innate host defense. Lineage specific deletion of PRDM3/16 in AT2 cells led to lineage infidelity, with PRDM3/16 null cells acquiring partial AT1 fate. Together, these data demonstrate that NKX2-1-dependent regulation of alveolar epithelial cell differentiation is mediated by epigenomic modulation via PRDM3/16. Graphical Abstract Model of the role of PRMD3/16 in alveolar development PRMD3/16 participate in cell fate specification in the lung by modulating chromatin accessibility (top row) and by partnering with NKX2-1 and partner transcription factors to drive gene expression (second row) via a gene regulatory network required for terminal cell differentiation and surfactant expression in AT2 cells (third row). Loss of PRDM3/16 activity in lung endoderm leads to reduced AT2 quorum, failure of AT2 surfactant function, and transition to an immature AT1 phenotype (bottom panel).

Background: Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a rare disorder leading to premature death. Rare genetic variants contribute to disease etiology but the contribution of common genetic variation to disease risk and outcome remains poorly characterized. Methods: We performed two separate genome-wide association studies of PAH using data across 11,744 European-ancestry individuals (including 2,085 patients), one with genotypes from 5,895 whole genome sequences and another with genotyping array data from 5,849 further samples. Cross-validation of loci reaching genome-wide significance was sought by meta-analysis. We functionally annotated associated variants and tested associations with duration of survival. Findings: A locus at HLA-DPA1/DPB1 within the class II major histocompatibility (MHC) region and a second near SOX17 were significantly associated with PAH. The SOX17 locus contained two independent signals associated with PAH. Functional and epigenomic data indicate that the risk variants near SOX17 alter gene regulation via an enhancer active in endothelial cells. PAH risk variants determined haplotype-specific enhancer activity and CRISPR-inhibition of the enhancer reduced SOX17 expression. Analysis of median survival showed that PAH patients with two copies of the HLA-DPA1/DPB1 risk variant had a two-fold difference (>16 years versus 8 years), compared to patients homozygous for the alternative allele. Interpretation: We have found that common genetic variation at loci in HLA-DPA1/DPB1 and an enhancer near SOX17 are associated with PAH. Impairment of Sox17 function may be more common in PAH than suggested by rare mutations in SOX17. Allelic variation at HLA-DPB1 stratifies PAH patients for survival following diagnosis, with implications for future therapeutic trial design. Funding: UK NIHR, BHF, UK MRC, Dinosaur Trust, NIH/NHLBI, ERS, EMBO, Wellcome Trust, EU, AHA, ACClinPharm, Netherlands CVRI, Dutch Heart Foundation, Dutch Federation of UMC, Netherlands OHRD and RNAS, German DFG, German BMBF, APH Paris, Inserm, Universite Paris-Sud, and French ANR.

Background: Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a rare disorder leading to premature death. Rare genetic variants contribute to disease etiology but the contribution of common genetic variation to disease risk and outcome remains poorly characterized. Methods: We performed two separate genome-wide association studies of PAH using data across 11,744 European-ancestry individuals (including 2,085 patients), one with genotypes from 5,895 whole genome sequences and another with genotyping array data from 5,849 further samples. Cross-validation of loci reaching genome-wide significance was sought by meta-analysis. We functionally annotated associated variants and tested associations with duration of survival. Findings: A locus at HLA-DPA1/DPB1 within the class II major histocompatibility (MHC) region and a second near SOX17 were significantly associated with PAH. The SOX17 locus contained two independent signals associated with PAH. Functional and epigenomic data indicate that the risk variants near SOX17 alter gene regulation via an enhancer active in endothelial cells. PAH risk variants determined haplotype-specific enhancer activity and CRISPR-inhibition of the enhancer reduced SOX17 expression. Analysis of median survival showed that PAH patients with two copies of the HLA-DPA1/DPB1 risk variant had a two-fold difference (>16 years versus 8 years), compared to patients homozygous for the alternative allele. Interpretation: We have found that common genetic variation at loci in HLA-DPA1/DPB1 and an enhancer near SOX17 are associated with PAH. Impairment of Sox17 function may be more common in PAH than suggested by rare mutations in SOX17. Allelic variation at HLA-DPB1 stratifies PAH patients for survival following diagnosis, with implications for future therapeutic trial design. Funding: UK NIHR, BHF, UK MRC, Dinosaur Trust, NIH/NHLBI, ERS, EMBO, Wellcome Trust, EU, AHA, ACClinPharm, Netherlands CVRI, Dutch Heart Foundation, Dutch Federation of UMC, Netherlands OHRD and RNAS, German DFG, German BMBF, APH Paris, Inserm, Universite Paris-Sud, and French ANR.

Group 1 pulmonary arterial hypertension (PAH) is a rare disease with high mortality despite recent therapeutic advances. Pathogenic remodeling of pulmonary arterioles leads to increased pulmonary pressures, right ventricular hypertrophy and heart failure. Mutations in bone morphogenetic protein receptor type 2 and other risk genes predispose to disease, but the vast majority of non-familial cases remain genetically undefined. To identify new risk genes, we performed exome sequencing in a large cohort from the National Biological Sample and Data Repository for PAH. By statistical association of rare deleterious variants, we found tissue kallikrein 1 and gamma glutamyl carboxylase as new candidate risk genes for idiopathic PAH associated with a later age-of-onset and relatively moderate disease phenotype compared to bone morphogenetic receptor type 2. Both genes play important roles in vascular hemodynamics and inflammation but have not been implicated in PAH previously. These data suggest new genes, pathogenic mechanisms and therapeutic targets for this lethal vasculopathy.