Precise regulation of the formation, maintenance, and remodeling of the vasculature is required for normal development, tissue response to injury, and tumor progression. How specific microRNAs intersect with and modulate angiogenic signaling cascades is unknown. Here, we identified microRNAs that were enriched in endothelial cells derived from mouse embryonic stem (ES) cells and in developing mouse embryos. We found that miR-126 regulated the response of endothelial cells to VEGF. Additionally, knockdown of miR-126 in zebrafish resulted in loss of vascular integrity and hemorrhage during embryonic development. miR-126 functioned in part by directly repressing negative regulators of the VEGF pathway, including the Sprouty-related protein SPRED1 and phosphoinositol-3 kinase regulatory subunit 2 (PIK3R2/p85-β). Increased expression of Spred1 or inhibition of VEGF signaling in zebrafish resulted in defects similar to miR-126 knockdown. These findings illustrate that a single miRNA can regulate vascular integrity and angiogenesis, providing a new target for modulating vascular formation and function.

MicroRNAs (miRNAs) are regulators of myriad cellular events, but evidence for a single miRNA that can efficiently differentiate multipotent stem cells into a specific lineage or regulate direct reprogramming of cells into an alternative cell fate has been elusive. Here we show that miR-145 and miR-143 are co-transcribed in multipotent murine cardiac progenitors before becoming localized to smooth muscle cells, including neural crest stem-cell-derived vascular smooth muscle cells. miR-145 and miR-143 were direct transcriptional targets of serum response factor, myocardin and Nkx2-5 (NK2 transcription factor related, locus 5) and were downregulated in injured or atherosclerotic vessels containing proliferating, less differentiated smooth muscle cells. miR-145 was necessary for myocardin-induced reprogramming of adult fibroblasts into smooth muscle cells and sufficient to induce differentiation of multipotent neural crest stem cells into vascular smooth muscle. Furthermore, miR-145 and miR-143 cooperatively targeted a network of transcription factors, including Klf4 (Kruppel-like factor 4), myocardin and Elk-1 (ELK1, member of ETS oncogene family), to promote differentiation and repress proliferation of smooth muscle cells. These findings demonstrate that miR-145 can direct the smooth muscle fate and that miR-145 and miR-143 function to regulate the quiescent versus proliferative phenotype of smooth muscle cells.

Exome sequencing of 2,871 probands with congenital heart disease (CHD) provides new insights into the genetic architecture of these disorders. The results implicate new genes in CHD pathogenesis and highlight striking overlap between genes with damaging de novo mutations in individuals with CHD and autism. Congenital heart disease (CHD) is the leading cause of mortality from birth defects. Here, exome sequencing of a single cohort of 2,871 CHD probands, including 2,645 parent–offspring trios, implicated rare inherited mutations in 1.8%, including a recessive founder mutation in GDF1 accounting for ∼5% of severe CHD in Ashkenazim, recessive genotypes in MYH6 accounting for ∼11% of Shone complex, and dominant FLT4 mutations accounting for 2.3% of Tetralogy of Fallot. De novo mutations (DNMs) accounted for 8% of cases, including ∼3% of isolated CHD patients and ∼28% with both neurodevelopmental and extra-cardiac congenital anomalies. Seven genes surpassed thresholds for genome-wide significance, and 12 genes not previously implicated in CHD had >70% probability of being disease related. DNMs in ∼440 genes were inferred to contribute to CHD. Striking overlap between genes with damaging DNMs in probands with CHD and autism was also found.

Abstract Hydrocephalus, the leading indication for childhood neurosurgery worldwide, is particularly prevalent in low-and-middle-income countries (LMICs). Hydrocephalus preceded by an infection, or postinfectious hydrocephalus (PIH), accounts for up to 60% of hydrocephalus in LMICs. Since many children with hydrocephalus suffer poor long-term outcomes despite surgical intervention, prevention of hydrocephalus remains paramount. Our previous studies implicated a novel bacterial pathogen, Paenibacillus thiaminolyticus, as a contributor to PIH in Uganda. Here we report the isolation of three P. thiaminolyticus strains, Mbale, Mbale2, and Mbale3, from patients with PIH and the demonstration that the three clinical isolates exhibit virulence in mice while P. thiaminolyticus type strain, B-4156, does not. We constructed complete genome assemblies of the clinical isolates as well as the reference strain and performed comparative genomics and proteomics analyses to identify potential virulence factors. One candidate virulence factor is a cluster of genes carried on a mobile genetic element that encodes a type IV pilus and is present in all three PIH patient strains but absent in the type strain. Proteomic and transcriptomic data confirmed the expression of this cluster of genes in the Mbale strain, while CRISPR-mediated deletion of the gene cluster substantially reduced the virulence of this strain. Our comparative proteogenomic analysis also identified various antibiotic resistance loci in the virulent strains. These results provide insight into the mechanism of virulence of Paenibacillus thiaminolyticus and suggest avenues for the diagnosis and treatment of this novel bacterial pathogen. Author Summary Postinfectious hydrocephalus (PIH), a devastating sequela of neonatal infection, is associated with increased childhood mortality and morbidity. Paenibacillus thiaminolyticus was recently identified as the dominant organism highly associated with PIH in an African cohort. Our whole-genome sequencing, RNA sequencing and proteomics of three clinical isolates and a type strain in combination with CRISPR editing has revealed the type IV pili (T4P), encoded in a mobile genetic element, as a critical virulence factor for P. thiaminolyticus infection. Given the widespread presence of T4P in pathogens, the presence of T4P operon could serve as an important diagnostic and therapeutic target in P. thiaminolyticus and related bacteria.

The use of genomic sequencing (GS) for prenatal diagnosis of fetuses with sonographic abnormalities has grown tremendously over the past decade. Fetal GS also offers an opportunity to identify incidental genomic variants that are unrelated to the fetal phenotype, but may be relevant to fetal and newborn health. There are currently no guidelines for reporting incidental findings from fetal GS. In the United States, GS for adults and children is recommended to include a list of "secondary findings" genes (ACMG SF v3.2) that are associated with disorders for which surveillance or treatment can reduce morbidity and mortality. The genes on ACMG SF v3.2 predominantly cause adult-onset disorders. Importantly, many genetic disorders with fetal and infantile onset are actionable as well. A proposed solution is to create a "fetal actionable findings list," which can be offered to pregnant patients undergoing fetal GS or eventually, as a standalone cell-free fetal DNA screening test. In this integrative review, we propose criteria for an actionable fetal findings list, then identify genetic disorders with clinically available or emerging fetal therapies, and those for which clinical detection in the first week of life might lead to improved outcomes. Finally, we synthesize the potential benefits, limitations, and risks of an actionable fetal findings list.

Congenital heart disease (CHD) is increasingly diagnosed prenatally and the ability to screen and diagnose the genetic factors involved in CHD have greatly improved. The presence of a genetic abnormality in the setting of prenatally diagnosed CHD impacts prenatal counseling and ensures that families and providers have as much information as possible surrounding perinatal management and what to expect in the future. This review will discuss the genetic evaluation that can occur prior to birth, what different genetic testing methods are available, and what to think about in the setting of various CHD diagnoses.

Abstract Congenital heart disease affects 1% of infants and is associated with impaired neurodevelopment. Right- or left-sided sulcal features correlate with executive function among people with Tetralogy of Fallot or single ventricle congenital heart disease. Studies of multiple congenital heart disease types are needed to understand regional differences. Further, sulcal pattern has not been studied in people with d-transposition of the great arteries. Therefore, we assessed the relationship between sulcal pattern and executive function, general memory, and processing speed in a meta-regression of 247 participants with three congenital heart disease types (114 single ventricle, 92 d-transposition of the great arteries, and 41 Tetralogy of Fallot) and 94 participants without congenital heart disease. Higher right hemisphere sulcal pattern similarity was associated with improved executive function (Pearson r = 0.19, false discovery rate-adjusted P = 0.005), general memory (r = 0.15, false discovery rate P = 0.02), and processing speed (r = 0.17, false discovery rate P = 0.01) scores. These positive associations remained significant in for the d-transposition of the great arteries and Tetralogy of Fallot cohorts only in multivariable linear regression (estimated change β = 0.7, false discovery rate P = 0.004; β = 4.1, false discovery rate P = 0.03; and β = 5.4, false discovery rate P = 0.003, respectively). Duration of deep hypothermic circulatory arrest was also associated with outcomes in the multivariate model and regression tree analysis. This suggests that sulcal pattern may provide an early biomarker for prediction of later neurocognitive challenges among people with congenital heart disease.

Trisomy 21 (T21), a recurrent aneuploidy occurring in 1:800 births, predisposes to congenital heart disease (CHD) and multiple extracardiac phenotypes. Despite a definitive genetic etiology, the mechanisms by which T21 perturbs development and homeostasis remain poorly understood. We compared the transcriptome of CHD tissues from 49 patients with T21 and 226 with euploid CHD (eCHD). We resolved cell lineages that misexpressed T21 transcripts by cardiac single-nucleus RNA sequencing and RNA in situ hybridization. Compared with eCHD samples, T21 samples had increased chr21 gene expression; 11-fold-greater levels (P = 1.2 × 10-8) of SOST (chr17), encoding the Wnt inhibitor sclerostin; and 1.4-fold-higher levels (P = 8.7 × 10-8) of the SOST transcriptional activator ZNF467 (chr7). Euploid and T21 cardiac endothelial cells coexpressed SOST and ZNF467; however, T21 endothelial cells expressed 6.9-fold more SOST than euploid endothelial cells (P = 2.7 × 10-27). Wnt pathway genes were downregulated in T21 endothelial cells. Expression of DSCAM, residing within the chr21 CHD critical region, correlated with SOST (P = 1.9 × 10-5) and ZNF467 (P = 2.9 × 10-4). Deletion of DSCAM from T21 endothelial cells derived from human induced pluripotent stem cells diminished sclerostin secretion. As Wnt signaling is critical for atrioventricular canal formation, bone health, and pulmonary vascular homeostasis, we concluded that T21-mediated increased sclerostin levels would inappropriately inhibit Wnt activities and promote Down syndrome phenotypes. These findings imply therapeutic potential for anti-sclerostin antibodies in T21.

Background: Endocardial fibroelastosis (EFE) is marked by a thickened fibro-elastic layer derived by endothelial-to-mesenchymal transition (EndMT), leading to restrictive myocardial function and poor cardiac growth, complicating biventricular repair in hypoplastic left heart complex (HLHC) patients. Neuregulin (NRG) signaling, crucial in EndMT and myocardial development, is implicated in various cardiomyopathies and heart failure, and its dysregulation may drive EFE pathogenesis. Hypothesis: NRG signaling dysregulation influences the cellular and molecular mechanisms of EFE. Methods: Single nucleus RNA sequencing (snRNA-seq) was conducted on human left ventricular (LV) tissue resected from 7 EFE patients (0.4-15 years) and 4 non-congenital heart disease (CHD) postmortem human controls (0.02-16 years). Differential gene expression was analyzed using the Wilcoxon Rank Sum test. We used CellChat, a computational tool for analyzing intercellular communication networks, to identify signaling changes via quantitative contrasts and joint manifold learning. Results: We identified 11 cell types in 64,963 nuclei. In EFE samples compared to non-CHD samples, NRG1-expressing fibroblasts increased from 3.4% to 21.2% (P<0.0001), and NRG2-expressing cardiomyocytes from 11.9% to 45.9% (P<0.001). CellChat analysis revealed a denser NRG signaling network in EFE, with enhanced interactions among cardiomyocytes, endocardial cells, fibroblasts, mast cells, and smooth muscle cells (Fig. 1A-B). Cardiomyocytes emerged as significant senders of NRG signaling in EFE, while endocardial cells, though still key senders, showed reduced influence. Fibroblasts became strong mediators, receivers, and influencers, smooth muscle cells emerged as prominent receivers, and mast cells gained roles as mediators and influencers (Fig. 1 C-D). These changes indicate a complex NRG signaling network in EFE, highlighting altered cellular interactions driving disease progression. Conclusion: Dysregulated NRG signaling in EFE contributes to pathological cellular crosstalk, fibrosis, and myocardial dysfunction, potentially hindering successful biventricular repair in HLHC patients. Targeting NRG pathways could represent a novel therapeutic approach. These findings offer promising implications for affected patients, potentially improving outcomes. Future research should explore additional molecular pathways involved in EFE and assess the therapeutic efficacy of targeting NRG signaling.