Gene expression in human tissue has primarily been studied on the transcriptional level, largely neglecting translational regulation. Here, we analyze the translatomes of 80 human hearts to identify new translation events and quantify the effect of translational regulation. We show extensive translational control of cardiac gene expression, which is orchestrated in a process-specific manner. Translation downstream of predicted disease-causing protein-truncating variants appears to be frequent, suggesting inefficient translation termination. We identify hundreds of previously undetected microproteins, expressed from lncRNAs and circRNAs, for which we validate the protein products in vivo. The translation of microproteins is not restricted to the heart and prominent in the translatomes of human kidney and liver. We associate these microproteins with diverse cellular processes and compartments and find that many locate to the mitochondria. Importantly, dozens of microproteins are translated from lncRNAs with well-characterized noncoding functions, indicating previously unrecognized biology.

Stuart Cook and colleagues study the role of TTN (titin)-truncating variants using a combination of heart physiology experiments in rats and genomic analysis in humans. Their data show that TTN variants are associated with a range of cardiac phenotypes in healthy individuals and in patients with dilated cardiomyopathy. Titin-truncating variants (TTNtv) commonly cause dilated cardiomyopathy (DCM). TTNtv are also encountered in ∼1% of the general population, where they may be silent, perhaps reflecting allelic factors. To better understand TTNtv, we integrated TTN allelic series, cardiac imaging and genomic data in humans and studied rat models with disparate TTNtv. In patients with DCM, TTNtv throughout titin were significantly associated with DCM. Ribosomal profiling in rat showed the translational footprint of premature stop codons in Ttn, TTNtv-position-independent nonsense-mediated degradation of the mutant allele and a signature of perturbed cardiac metabolism. Heart physiology in rats with TTNtv was unremarkable at baseline but became impaired during cardiac stress. In healthy humans, machine-learning-based analysis of high-resolution cardiac imaging showed TTNtv to be associated with eccentric cardiac remodeling. These data show that TTNtv have molecular and physiological effects on the heart across species, with a continuum of expressivity in health and disease.

For healthspan and lifespan, ERK, AMPK and mTORC1 represent critical pathways and inflammation is a centrally important hallmark

ABSTRACT Little is known about the impact of naturally occurring genetic variation on the rates with which proteins are synthesized by ribosomes. Here, we investigate how genetic influences on mRNA translational efficiency are associated with complex disease phenotypes using a panel of rat recombinant inbred lines. We identify a locus for cardiac hypertrophy that is associated with a translatome-wide and protein length-dependent shift in translational efficiency. This master regulator primarily affects the translation of very short and very long protein-coding sequences, altering the physiological stoichiometric translation rates of sarcomere proteins. Mechanistic dissection of this locus points to altered ribosome assembly, characterized by accumulation of polysome half-mers, changed ribosomal configurations and misregulation of the small nucleolar RNA SNORA48 . We postulate that this locus enhances a pre-existing negative correlation between protein length and translation initiation in diseased hearts. Our work shows that a single genomic locus can trigger a complex, translation-driven molecular mechanism that contributes to phenotypic variability between individuals. Graphical Abstract Highlights Genetic variability impacts protein synthesis rates in a rat model for cardiac hypertrophy A trans locus affects stoichiometric translation rates of cardiac sarcomeric proteins This master regulator locus induces a global, protein length-dependent shift in translation Dysregulated ribosome assembly induces half-mer formation and affects translation initiation rate

Abstract Human ageing is associated with metabolic dysfunction, sarcopenia and frailty that taken together reduce healthspan. For age-associated diseases and lifespan, ERK, AMPK and mTORC1 represent critical pathways, across species 1–7 . Here we examined the hypothesis that IL11, recently shown to regulate ERK/mTORC1, is an inflammaging factor important for healthspan. As mice age, IL11 is progressively upregulated in liver, skeletal muscle, and fat to stimulate an ERK/AMPK/mTORC1 axis of cellular, tissue- and organismal-level ageing pathologies. In old mice, deletion of Il11 or Il11ra1 protects against metabolic multi-morbidity, sarcopenia, and frailty. Administration of anti-IL11 therapy to elderly mice for six months reactivates an age-repressed program of white fat beiging, reverses metabolic dysfunction, restores muscle function, and reduces frailty. Across studies, inhibition of IL11 lowers epigenetic age, reduces telomere attrition, and preserves mitochondrial function. Towards clinical translation, we generated, humanised, and engineered a neutralising, high-affinity IL11 antibody. These studies identify IL11 as a key inflammaging factor and therapeutic target for mammalian healthspan.

Abstract It is accepted that IL6 signaling in hepatocytes, mediated via glycoprotein 130 (gp130), is beneficial and that HyperIL6 promotes liver regeneration by activating STAT3. Recently, autocrine IL11 activity, which also signals via gp130 and ERK, was found to be hepatotoxic. Here we examined whether the beneficial effects of HyperIL6 could reflect unappreciated competitive inhibition of IL11 signaling. In hepatocytes, HyperIL6 inhibited N-acetyl-p-aminophenol (APAP)-induced cell death that mimicked inhibition of IL11 signaling and was unrelated to STAT3 phosphorylation. In mice, expression of HyperIL6 reduced liver damage due to IL11 dosing or APAP and promoted hepatic regeneration in a STAT3-independent manner. Following APAP, mice deleted for Il11 were protected from liver failure and exhibited spontaneous regeneration. Despite robustly activating STAT3, HyperIL6 had no beneficial effect in Il11 null mice. These data overturn the premise that IL6 promotes liver regeneration, show STAT3 activation to be redundant and suggest IL11 as a focus for regenerative medicine.

Abstract In fibroblasts, TGFβ1 stimulates IL11 upregulation that leads to an autocrine loop of IL11-dependent pro-fibrotic protein translation. The signalling pathways downstream of IL11 are contentious and both STAT3 and ERK have been implicated. Here we show that TGFβ1- or IL11-induced ERK activation is consistently associated with fibrogenesis whereas STAT3 phosphorylation (pSTAT3) is unrelated to fibroblast activation. Surprisingly, recombinant human IL11, which has been used extensively in mouse experiments to infer STAT3 activity downstream of IL11, non-specifically increases pSTAT3 in Il11ra1 null mouse fibroblasts. Pharmacologic inhibition of STAT3 prevents TGFβ1-induced fibrogenesis but this effect was found to reflect fibroblast dysfunction due to severe proteotoxic ER stress. In contrast, inhibition of MEK/ERK prevented fibrosis in the absence of ER stress. TGFβ1-stimulated ERK/mTOR/P70RSK-driven protein translation was IL11-dependent and selectivity for pro-fibrotic protein synthesis was ascribed to an EPRS-related mechanism. In TGFβ1-stimulated fibroblasts, the anti-fibrotic drug nintedanib caused dose-dependent ER stress, reduced pSTAT/pERK and inhibited pro-fibrotic protein translation, similarly to generic STAT3 inhibitors or ER stressors. Pirfenidone, while anti-fibrotic, had no effect on ER stress whereas anti-IL11 inhibited the ERK/mTOR axis while reducing ER stress. These studies discount a specific role for STAT3 in pro-fibrotic signaling, suggest a novel mechanism of action for nintedanib and prioritise further the IL11 pathway as a therapeutic target for fibrosis.

Ribosome profiling (Ribo-Seq) reveals genome-wide translation rates via the quantification of ribosome protected fragments (RPFs) of mRNAs. Several methods have recently been developed to detect differentially translated genes (DTGs) using Ribo-seq: Xtail, Ribodiff and Riborex. At their core, all of these approaches either utilize existing differential expression programs or use similar statistical assumptions to model the data. However, none of them allow for complex experimental design or the use of alternative statistical setups and crucially, they do not allow for correction of any batch effects. We tailored the open design of a well established tool, DEseq2 to identify DTGs directly which can then also be extended to accommodate covariates and other experimental setups, making it a more suitable tool for identifying DTGs. We performed a comprehensive benchmarking analysis on simulated and primary human fibroblast dataset and show that this approach outperforms all the other methods in presence of a batch effect. With increasing batch effect, the sensitivity of DESeq drops by 22.7%, whereas all other methods drop by greater than 80%, making them substantially less reliable. Since almost all high-throughput sequencing datasets contain batch effects, particularly heterogeneous samples such as human tissues or primary cells, DESeq2-based analysis of differential translation will deliver the most reliable results.

The transformation of hepatic stellate cells (HSCs) into myofibroblasts is the defining pathobiology in non-alcoholic steatohepatitis (NASH). Here we show that key NASH factors induce IL-11, which drives an autocrine and ERK-dependent activation loop to initiate and maintain HSC-to-myofibroblast transformation, causing liver fibrosis. IL-11 is upregulated in NASH and Il11ra1-deleted mice are strongly protected from liver fibrosis, inflammation and steatosis in murine NASH. Therapeutic inhibition of IL11RA or IL-11 with novel neutralizing antibodies robustly inhibits NASH pathology in preclinical models and reverses established liver fibrosis by promoting HSC senescence and favourable matrix remodelling. When given early in NASH, IL-11 inhibition prevents liver inflammation and steatosis, reverses severe hepatocyte damage and reduces hepatic immune cells and TGFβ1 levels. Our findings show an unappreciated and central role for IL-11 in HSCs and prioritise IL-11 signalling as a new therapeutic target in NASH while revealing an unexpected pro-inflammatory function for IL-11 in stromal immunity.

Acetaminophen (APAP) overdose is a leading cause of untreatable liver failure. In the mouse model of APAP-induced liver injury (AILI), the administration of recombinant human interleukin 11 (rhIL11) is protective. Here we show that the beneficial effect of rhIL11 in the mouse is due to its unexpected and paradoxical inhibition of endogenous mouse IL11 activity. Contrary to the accepted paradigm IL11 is a potent hepatotoxin across species, which is secreted from damaged hepatocytes to drive an autocrine loop of NOX4 and JNK-dependent apoptosis. Mice with hepatocyte-specific Il11 expression spontaneously develop liver failure whereas those with Il11ra1 deletion are remarkably protected from AILI. Neutralizing anti-IL11R antibodies administered to moribund mice 10 hours following a lethal APAP overdose results in 90% survival that is associated with very large liver regeneration. Our data overturn a misconception, identify a new disease mechanism and suggest IL11 as a therapeutic target for liver regeneration.