Transcriptional enhancers orchestrate cell-type-specific gene expression programs, but how they convey signal-activated transcriptional responses remains poorly understood. Here, the cell-lineage-specific transcription factor FoxA1 is shown to both facilitate and restrict the androgen receptor to act on distinct classes of enhancers. Lowered levels of FoxA1, such as those found in prostate cancer, can reprogram the hormonal response by causing a switch in androgen receptor binding to a set of pre-established, functional enhancers that are marked by enhancer-derived non-coding RNAs (eRNAs). This work points to the existence of a large repository of active enhancers that can be tuned to allow alternative gene expression programs in normal cell development and in disease progression. Mammalian genomes are populated with thousands of transcriptional enhancers that orchestrate cell-type-specific gene expression programs1,2,3,4, but how those enhancers are exploited to institute alternative, signal-dependent transcriptional responses remains poorly understood. Here we present evidence that cell-lineage-specific factors, such as FoxA1, can simultaneously facilitate and restrict key regulated transcription factors, exemplified by the androgen receptor (AR), to act on structurally and functionally distinct classes of enhancer. Consequently, FoxA1 downregulation, an unfavourable prognostic sign in certain advanced prostate tumours, triggers dramatic reprogramming of the hormonal response by causing a massive switch in AR binding to a distinct cohort of pre-established enhancers. These enhancers are functional, as evidenced by the production of enhancer-templated non-coding RNA (eRNA5) based on global nuclear run-on sequencing (GRO-seq) analysis6, with a unique class apparently requiring no nucleosome remodelling to induce specific enhancer–promoter looping and gene activation. GRO-seq data also suggest that liganded AR induces both transcription initiation and elongation. Together, these findings reveal a large repository of active enhancers that can be dynamically tuned to elicit alternative gene expression programs, which may underlie many sequential gene expression events in development, cell differentiation and disease progression.

Abstract Mouse models are a tool for studying the mechanisms underlying complex diseases; however, differences between species pose a significant challenge for translating findings to patients. Here, we used single-cell transcriptomics and orthogonal validation approaches to provide cross-species taxonomies, identifying shared broad cell classes and unique granular cellular states, between mouse and human kidney. We generated cell atlases of the diabetic and obese kidney using two different mouse models, a high-fat diet (HFD) model and a genetic model (BTBR ob/ob ), at multiple time points along disease progression. Importantly, we identified a previously unrecognized, expanding Trem2 high macrophage population in kidneys of HFD mice that matched human TREM2 high macrophages in obese patients. Taken together, our cross-species comparison highlights shared immune and metabolic cell-state changes.

Abstract Human iPSC-derived kidney organoids have the potential to revolutionize discovery, but assessing their consistency and reproducibility across iPSC lines, and reducing the generation of off-target cells remain an open challenge. Here, we used single cell RNA-Seq (scRNA-Seq) to profile 415,775 cells to show that organoid composition and development are comparable to human fetal and adult kidneys. Although cell classes were largely reproducible across iPSC lines, time points, protocols, and replicates, cell proportions were variable between different iPSC lines. Off-target cell proportions were the most variable. Prolonged in vitro culture did not alter cell types, but organoid transplantation under the mouse kidney capsule diminished off-target cells. Our work shows how scRNA-seq can help score organoids for reproducibility, faithfulness and quality, that kidney organoids derived from different iPSC lines are comparable surrogates for human kidney, and that transplantation enhances their formation by diminishing off-target cells.

The health of the kidney filtration barrier requires communication between podocytes, endothelial cells and mesangial cells. Disruption of these cell-cell interactions is thought to contribute to disease progression in chronic kidney diseases (CKD). We recently demonstrated that podocyte ablation via doxycycline-inducible deletion of an essential endogenous molecule, CTCF (iCTCFpod-/-), is sufficient to drive progressive CKD. However, the earliest events connecting podocyte injury to disrupted intercellular communication within the kidney filter remain unclear. Here we performed single-cell RNA sequencing of kidney tissue from iCTCFpod-/- mice after one week of doxycycline induction to generate a map of the earliest transcriptional effects of podocyte injury on cell-cell interactions at single cell resolution. A subset of podocytes showed the earliest signs of injury due to disrupted gene programs for cytoskeletal regulation and mitochondrial function. Surviving podocytes upregulated Col4a5, causing reactive changes in integrin expression in endothelial populations and mesangial cells. Intercellular interaction analysis revealed several receptor-ligand-target gene programs as drivers of endothelial cell injury and abnormal matrix deposition. This analysis reveals the earliest disruptive changes within the kidney filter, pointing to new, actionable targets within a therapeutic window that may allow us to maximize the success of much needed therapeutic interventions for CKD.

Abstract Background Active immunization (vaccination) induces long-lasting immunity with memory, which takes weeks-to-months to develop. Passive immunization (transfer of neutralizing antibodies) provides immediate protection, yet with high cost and effects being comparatively short-lived. No currently approved adjuvants are compatible with formulations to combine active and passive immunizations, not to mention their huge disparities in administration routes and dosage. Methods To solve this, we engineered the Fc fragment of human IgG1 into a hexamer nanoparticle and expressed its afucosylated form in Fut8−/− CHO cells, naming it “FcRider”. Results FcRider is highly soluble with long-term stability, easily produced at high levels equivalent to those of therapeutic antibodies, and is amenable to conventional antibody purification schemes. Most importantly, FcRider possesses endogenous adjuvant activities. Using SWHEL BCR transgenic mice, we found that HEL-FcRider induced GL7+ germinal center B cells and HEL-specific IgG. Similarly, immunizing mice with UFO-BG-FcRider, a fusion containing the stabilized HIV-1 Env protein as immunogen, promoted somatic hypermutation and generation of long CDR3 of the IgG heavy chains. Intramuscular injection of (Fba + Met6)3-FcRider, a fusion with two peptide epitopes from Candida albicans cell surface, stimulated strong antigen-specific IgG titers. Conclusions In three different models, we showed that afucosylated FcRider functions as a multivalent immunogen displayer and stimulates antigen-specific B cells without any exogenous adjuvant. As an antibody derivative, afucosylated FcRider could be a novel platform combining vaccines and therapeutic antibodies, integrating active and passive immunizations into single-modality “hybrid immunization” to provide complete and long-lasting protection against infections, and may open new avenues in cancer immunotherapy as well.

Podocyte injury and the appearance of proteinuria are key features of several progressive kidney diseases. Genetic deletion or selective inhibition of TRPC5 channels with small-molecule inhibitors protects podocytes in rodent models of disease, but less is known about the human relevance and translatability of TRPC5 inhibition. Here, we investigate the effect of TRPC5 inhibition in puromycin aminonucleoside (PAN)-treated human iPSC-derived podocytes and kidney organoids. We first established that systemic administration of the TRPC5-specific blocker AC1903 was sufficient to protect podocyte cytoskeletal proteins and suppress proteinuria in PAN-induced nephrosis in rats, an established model of podocyte injury and progressive kidney disease. PAN treatment also triggered the Rac1-TRPC5 injury pathway in human iPSC-derived podocytes and kidney organoids. TRPC5 current was recorded in human iPSC-derived podocytes, and was blocked by AC1903. The TRPC5 blocker also reversed the effects of PAN-induced injury in human podocytes in both 2D and 3D culture systems. Taken together, these results revealed the relevance of the TRPC5-Rac1 pathway in human kidney tissue highlighting the potential of this therapeutic strategy for patients.

Abstract Pathogenic variants in HFE and non‐ HFE genes have been identified in hemochromatosis in different patient populations, but there are still a certain number of patients with unexplained primary iron overload. We recently identified in Chinese patients a recurrent p.(Arg639Gln) variant in SURP and G‐patch domain containing 2 (SUGP2), a potential mRNA splicing‐related factor. However, the target gene of SUGP2 and affected iron‐regulating pathway remains unknown. We aimed to investigate the pathogenicity and underlying mechanism of this variant in hemochromatosis. RNA‐seq analysis revealed that SUGP2 knockdown caused abnormal alternative splicing of CIRBP pre‐mRNA, resulting in an increased normal splicing form of CIRBP V1, which in turn increased the expression of BMPER by enhancing its mRNA stability and translation. Furthermore, RNA‐protein pull‐down and RNA immunoprecipitation assays revealed that SUGP2 inhibited splicing of CIRBP pre‐mRNA by a splice site variant at CIRBP c.492 and was more susceptible to CIRBP c.492 C/C genotype. Cells transfected with SUGP2 p.(Arg639Gln) vector showed up‐regulation of CIRBP V1 and BMPER expression and down‐regulation of pSMAD1/5 and HAMP expression. CRISPR‐Cas9 mediated SUGP2 p.(Arg622Gln) knock‐in mice showed increased iron accumulation in the liver, higher total serum iron, and decreased serum hepcidin level. A total of 10 of 54 patients with hemochromatosis (18.5%) harbored the SUGP2 p.(Arg639Gln) variant and carried CIRBP c.492 C/C genotype, and had increased BMPER expression in the liver. Altogether, the SUGP2 p.(Arg639Gln) variant down‐regulates hepcidin expression through the SUGP2/CIRBP/BMPER axis, which may represent a novel pathogenic factor for hemochromatosis.

ABSTRACT Background and Aim Although it is clear that the central nervous system coordinates whole-body metabolism, the neural mechanism for hepatic steatosis remains unclear. This study is aimed to explore the neural mechanism of fasting-induced hepatic steatosis. Methods Mice were pretreated with 6-hydroxydopamine to block sympathetic nerve activity before fasting, and explored the potential effects of chemical sympathectomy on fasting-induced hepatic steatosis and transcriptional changes. Results Prolonged fasting led to obvious hepatic steatosis, low core temperature, and similar effects to cold-induced white adipose lipolysis. The alterations in hepatic mRNA expression revealed that the hepatic lipid accumulation did not result from the increase of hepatic lipogenesis or the decrease of fatty acid oxidation but from the enhanced fatty acid uptake as indicated by the upregulation of CD36. Blockage of the sympathetic nervous system via chemical sympathectomy attenuated fasting-induced hepatic steatosis and suppressed CD36 upregulation in the liver, but did not obviously alter the expression of genes associated with lipogenesis or fatty acid oxidation. Conclusions These findings indicate that the sympathetic nervous system orchestrates the mechanism for fasting-induced hepatic steatosis via modulating CD36 expression and adipose fat trafficking into the liver, which provides clues to reveal new targets for fatty liver diseases. HIGHLIGHTS Prolonged fasting causes obvious hepatic steatosis Sympathectomy attenuates fasting-induced hepatic steatosis Sympathectomy attenuates steatosis via suppressing CD36 upregulation IN BRIEF Prolonged fasting contributes to sympathetic hyperactivity, but its role in the pathogenesis of hepatic steatosis remains unclear. Here, we found prolonged fasting led to obvious hepatic steatosis, low core temperature, and subsequent sympathetic stimulation that promoted white adipose lipolysis, hepatic upregulation of CD36, and adipose fat trafficking into the liver.

Protein, as the major executer for cell progresses and functions, its abundance and the level of post-translational modifications, are tightly monitored by regulators. Genetic perturbation could help us to understand the relationships between genes and protein functions. Herein, we developed a cell lysate microarray on kilo-conditions (CLICK) from 4,837 yeast knockout (YKO) strains and 322 temperature-sensitive mutant strains to explore the impact of the genome-wide interruption on certain protein. Taking histone marks as examples, a general workflow was established for the global identification of upstream regulators. Through a single CLICK array test, we obtained a series of regulators for H3K4me3 which covers most of the known regulators in Saccharomyces cerevisiae. We also noted that several group of proteins that are linked to negatively regulation of H3K4me3. Further, we discovered that Cab4p and Cab5p, two key enzymes of CoA biosynthesis, play central roles in histone acylation. Because of its general applicability, CLICK array could be easily adopted to rapid and global identification of upstream protein/enzyme(s) that regulate/modify the level of a protein or the posttranslational modification of a non-histone protein.

The APETALA2/Ethylene Responsive Factor (AP2/ERF) gene family has been shown to play a crucial role in plant growth and development, stress responses and secondary metabolite biosynthesis. Nevertheless, little is known about the gene family in ginseng ( Panax ginseng ), an important traditional medicinal herb in Asia and North America. Here, we report the systematic analysis of the gene family present in ginseng using several transcriptomic databases. A total of 189 putative AP2/ERF genes, defined as PgERF001 through PgERF189 . The 93 PgERF genes that have the complete AP2 domain in their open reading frames were classified into five subfamilies, DREB, ERF, AP2, RAV and Soloist. The DREB subfamily and ERF subfamily were further clustered four and six groups, respectively, compared to the 12 groups of these subfamilies found in Arabidopsis. Gene ontology categorized these 397 transcripts of the 189 PgERF genes into eight functional subcategories, suggesting their functional differentiation and they have been especially enriched for the nucleic acid binding transcription factor activity subcategory. The expression activity and networks of the 397 PgERF transcripts have substantially diversified across tissues, developmental stages and genotypes. Then, the expression change of six PgERF genes randomly selected from DREB subfamily, i.e., PgERF073 , PgERF079 , PgERF110 , PgERF115 , PgERF120 and PgERF128 responding to cold stress suggesting that DREB subfamily genes played an important role in cold resistance of ginseng. Finally, we studied the responses of the PgERF genes to methyl jasmonate (MeJA). 288 (72.5%) of the 397 PgERF gene transcripts responded to the MeJA treatment, with 136 up-regulated and 152 down-regulated, indicating that most members of the PgERF gene family are responsive to MeJA. These results provide resources and knowledge necessary for family-wide functional analysis of the PgERF genes in ginseng and related species.