Abstract Several monogenic syndromes are associated with neurodevelopmental changes that result in cognitive impairments, including autism, attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) and seizures. Limited studies and resources are available to make meaningful headway into the underlying mechanisms that result in these symptoms. One such example, DeSanto-Shinawi Syndrome (DESSH), is a rare disorder caused by mutations in the WAC gene. Those diagnosed with DESSH experience craniofacial alterations as well as cognitive symptoms that include autism, ADHD and seizures. However, no thorough studies from a mammalian model exist to understand how these changes occur. To overcome this, we generated constitutive murine Wac mutants and assessed phenotypes that are relevant to humans diagnosed with DESSH. Wac mutants have craniofacial, anatomical, behavioral and seizure susceptibility that are relevant to DESSH; this new model is suited to study some of the core symptoms of DESSH and the biology of Wac .

Abstract IPF is a condition in which an injury to the lung leads to the accumulation of scar tissue. This fibrotic tissue reduces lung compliance and impairs gas exchange. Studies have shown that infection with COVID-19 significantly worsens the clinical outcomes of IPF patients. The exact etiology of IPF is unknown, but recent evidence suggests that the distal small airways, (those having a diameter less than 2 mm in adults), play a role in the early pathogenesis of IPF. TGF-β1 is a main driver of fibrosis in a variety of tissues; the binding of TGF-β1 to its receptor triggers a signaling cascade that results in inflammatory signaling, accumulation of collagen and other components of the extracellular matrix, and immune system activation. This study aimed to investigate possible mechanisms that contribute to worsening lung fibrosis in IPF patients after being diagnosed with COVID-19, with a particular focus on the role of TGF-β1. Small airway cell cultures derived from IPF and post-COVID-19 IPF patient transplant tissues were submitted for RNA-sequencing and differential gene expression analysis. The genetic signatures for each disease state were determined by comparing the differentially expressed genes present in the cells cultured under control conditions to cells cultured with TGF-β1. The genes shared between the culture conditions laid the framework for determining the genetic signatures of each disease. Our data found that genes associated with pulmonary fibrosis appeared to be more highly expressed in the post-COVID fibrosis samples, under both control and TGF-β1-treated conditions. A similar trend was noted for genes involved in the TGF-β1 signaling pathway; the post-COVID fibrosis cell cultures seemed to be more responsive to treatment with TGF-β1. Gene expression analysis, RT-PCR, and immunohistochemistry confirmed increased levels of BMP signaling in the IPF small airway cell cultures. These findings suggest that TGF-β1 signaling in IPF small airway cells could be inhibited by BMP signaling, leading to the differences in genetic signatures between IPF and post-COVID fibrosis.

Abstract Idiopathic Pulmonary Fibrosis (IPF) is a pathological condition of unknown etiology which results from injury to the lung and an ensuing fibrotic response that leads to thickening of the alveolar walls and obliteration of the alveolar space. The pathogenesis is not clear and there are currently no effective therapies for IPF. Small airway disease and mucus accumulation are prominent features in IPF lungs, similar to Cystic Fibrosis (CF) lung disease. The ATP12A gene encodes the alpha-subunit of the non-gastric H + , K + -ATPase, which functions to acidify the airway surface fluid and impairs mucociliary transport function in cystic fibrosis patients. We hypothesize that the ATP12A protein may play a role in the pathogenesis of IPF. Our studies demonstrate that ATP12A protein is overexpressed in distal small airways from IPF patient lungs compared to normal human lungs. In addition, overexpression of the ATP12A protein in mouse lungs worsened the bleomycin (BLEO)-induced experimental pulmonary fibrosis. This was prevented by a potassium-competitive proton pump blocker, vonoprazan (VON). This data supports the concept that the ATP12A protein plays an important role in the pathogenesis of lung fibrosis. Inhibition of the ATP12A protein has the potential as a novel therapeutic strategy in IPF.

Abstract Fluorescence microscopy has become an indispensable tool for revealing the dynamic regulations of cells and organelles in high resolution noninvasively. However, stochastic noise inherently restricts the upper bonds of optical interrogation quality and exacerbates the observation fidelity in encountering joint demand of high frame rate, long-term, and low photobleaching and phototoxicity. Here, we propose DeepSeMi, a self-supervised-learning-based denoising framework capable of increasing SNR by over 12 dB across various conditions. With the introduction of newly designed eccentric blind-spot convolution filters, DeepSeMi accomplished efficacious denoising requiring no clean data as references and no compromise of spatiotemporal resolution on diverse imaging systems. The computationally 15-fold multiplied photon budget in a standard confocal microscope by DeepSeMi allows for recording organelle interactions in four colors and high-frame-rate across tens of thousands of frames, monitoring migrasomes and retractosomes over a half day, and imaging ultra-phototoxicity-sensitive Dictyostelium cells over thousands of frames, all faithfully and sample-friendly. Through comprehensive validations across various cells and species over various instruments, we prove DeepSeMi is a versatile tool for reliably and bio-friendly breaking the shot-noise limit, facilitating automated analysis of massive data about cell migrations and organelle interactions.

ABSTRACT The human placenta was thought to be sterile in healthy pregnancies which has been challenged by the development of DNA sequence-based techniques, although it is still open to controversy. Nonetheless, little is known whether different parts of fetal appurtenances contain district microbiome profiles. Here, DNA 16S rRNA sequencing was performed of the amniotic fluid cells (AC), amnion membrane (AM), the placenta of fetal surface (remove the amniotic membrane, PL), maternal blood (MB), and umbilical cord blood (UCB) at V3-V4 hypervariable region from participants with cesarean delivery. Then sequence raw data were followed by taxonomic classification at 97% similarity and diversity analysis at the genus level. The differences and associations among the five tissues were analyzed. At the phylum composition level, the most abundant microorganisms were Proteobacteria in all five tissues, and followed by Firmicutes in AC, AM, and MB groups, Actinobacteria in UCB and Bacteroidetes in PL, respectively. As the maternal-fetal barrier, PL and AM had the lower OUT number and weaker co-occurrence network compared with the other three tissues. At the beta diversity clustering level, the microbiota constituents in the MB and UCB were highly similar; the microbiota profiles of PL and AM were also remarkably alike; AC was immensely different from those two clusters. Therefore, the five tissues were distinctly separated into three clusters. Our study reveals that different pregnancy-related anatomical sites harbor unique microbial compositions and show different degrees of correlation with other tissues.

Abstract The global efforts in the past few months have led to the discovery of around 200 drug repurposing candidates for COVID-19. Although most of them only exhibited moderate anti- SARS-CoV-2 activity, gaining more insights into their mechanisms of action could facilitate a better understanding of infection and the development of therapeutics. Leveraging large-scale drug-induced gene expression profiles, we found 36% of the active compounds regulate genes related to cholesterol homeostasis and microtubule cytoskeleton organization. The expression change upon drug treatment was further experimentally confirmed in human lung primary small airway. Following bioinformatics analysis on COVID-19 patient data revealed that these genes are associated with COVID-19 patient severity. The expression level of these genes also has predicted power on anti-SARS-CoV-2 efficacy in vitro, which led to the discovery of monensin as an inhibitor of SARS-CoV-2 replication in Vero-E6 cells. The final survey of recent drug- combination data indicated that drugs co-targeting cholesterol homeostasis and microtubule cytoskeleton organization processes more likely present a synergistic effect with antivirals. Therefore, potential therapeutics should be centered around combinations of targeting these processes and viral proteins.

Monogenic syndromes are associated with neurodevelopmental changes that result in cognitive impairments, neurobehavioral phenotypes including autism and attention deficit hyperactivity disorder (ADHD), and seizures. Limited studies and resources are available to make meaningful headway into the underlying molecular mechanisms that result in these symptoms. One such example is DeSanto-Shinawi Syndrome (DESSH), a rare disorder caused by pathogenic variants in the

Summary The small airways of humans are affected early in several lung diseases. However, because they are relatively inaccessible, little is known about the epithelial cells that line these airways. We performed a single cell RNA-seq census of small and large airways of wild-type pigs and pigs with disrupted cystic fibrosis transmembrane conductance regulator ( CFTR ) gene. The sequencing data showed that small airway epithelia had similar major cell types as large airways but no ionocytes; moreover, lack of CFTR expression had minimal effect on the transcriptome. Small airway epithelial cells expressed a different transcriptome than large airway cells. Quantitative immunohistochemistry showed that small airway basal cells participate in epithelial barrier function. Finally, sequencing data and in vitro electrophysiologic studies suggest that small airway epithelia have a water and ion transport advantage. Our data highlight the archetypal nature of basal, secretory, and ciliated airway cells with location - dependent gene expression and function.