Abstract Vascularization plays a critical role in organ maturation and cell type development. Drug discovery, organ mimicry, and ultimately transplantation in a clinical setting thereby hinges on achieving robust vascularization of in vitro engineered organs. Here, focusing on human kidney organoids, we overcome this hurdle by combining an inducible ETS translocation variant 2 ( ETV2 ) human induced pluripotent stem cell (iPSC) line, which directs endothelial fate, with a non-transgenic iPSC line in suspension organoid culture. The resulting human kidney organoids show extensive vascularization by endothelial cells with an identity most closely related to endogenous kidney endothelia. Vascularized organoids also show increased maturation of nephron structures including more mature podocytes with improved marker expression, foot process interdigitation, an associated fenestrated endothelium, and the presence of renin + cells. The creation of an engineered vascular niche capable of improving kidney organoid maturation and cell type complexity is a significant step forward in the path to clinical translation. Furthermore, this approach is orthogonal to native tissue differentiation paths, hence readily adaptable to other organoid systems and thus has the potential for a broad impact on basic and translational organoid studies. Translational Statement Developing therapies for patients with kidney diseases relies on a morphologically and physiologically representative in vitro model. Human kidney organoids are an attractive model to recapitulate kidney physiology, however, they are limited by the absence of a vascular network and mature cell populations. In this work, we have generated a genetically inducible endothelial niche that, when combined with an established kidney organoid protocol, induces the maturation of a robust endothelial cell network, induces a more mature podocyte population, and induces the emergence a functional renin population. This advance significantly increases the clinical relevance of human kidney organoids for etiological studies of kidney disease and future regenerative medicine strategies. Graphical Abstract Genetically engineered endothelial niche induces mature cell populations in human kidney organoids

Abstract Aim Mouse models of sudden cardiac arrest are limited by challenges with surgical technique and reliable venous access. To overcome this limitation, we sought to develop a simplified method in the mouse that uses ultrasound-guided injection of potassium chloride directly into the heart. Methods Potassium chloride was delivered directly into the left ventricular cavity under ultrasound guidance in intubated mice, resulting in immediate asystole. Mice were resuscitated with injection of epinephrine and manual chest compressions and evaluated for survival, body temperature, cardiac function, kidney damage, and diffuse tissue injury. Results The direct injection sudden cardiac arrest model causes rapid asystole with high surgical survival rates and low surgical duration. Sudden cardiac arrest mice with 8-min of asystole have significant cardiac dysfunction at 24 hours and high lethality within the first seven days, where after cardiac function begins to improve. Sudden cardiac arrest mice have secondary organ damage, including significant kidney injury, but no clear evidence of neurologic dysfunction. Conclusions Ultrasound-guided direct injection of potassium chloride allows for rapid and reliable cardiac arrest in the mouse that mirrors human pathology. This technique lowers the barriers to entry for adoption of the mouse model of sudden cardiac arrest, which will improve investigators’ ability to study the mechanisms underlying post-arrest changes.

Introduction Lysine succinylation is a post-translational modification associated with the control of several diseases, including acute kidney injury (AKI). It is suggested that hypersuccinylation favors peroxisomal fatty acid oxidation (FAO) instead of mitochondrial. In addition, the medium-chain fatty acids (MCFAs) dodecanedioic acid (DC 12 ) and octanedioic acid (DC 8 ), upon FAO, generate succinyl-CoA, resulting in hypersuccinylation. DC 8 is convenient, inexpensive, easily administered, and efficient. We believe this study could be translated in the future to clinical settings, which would highly benefit patients at high risk of AKI. Methods and Results To test the protective roles of MCFAs during AKI, mice were fed with control, 10% DC 12 , or 10% DC 8 diet, then, subjected to either ischemic-AKI, or cisplatin-AKI models. Supplementation was provided until sacrifice. Biochemical, histologic, genetic, and proteomic analysis were performed, the latter involving a lysine-succinylome-based analysis. Both DC 8 and DC 12 prevented the rise of AKI markers in mice that underwent renal injury. However, DC 8 was even more protective against AKI than DC 12 . Finally, succinylome analysis evidenced that the kidneys of DC 8 -fed mice showed an extensive succinylation of peroxisomal activity-related proteins, and a decline in mitochondrial FAO, in comparison to control-fed mice. Conclusion DC 8 supplementation drives renal protein hypersuccinylation, promoting a shift from mitochondrial to peroxisomal FAO, and protecting against AKI. Significance Statement Lysine succinylation of proteins is shown to control several diseases, including acute kidney injury (AKI). Here we show that mice supplemented with the medium-chain fatty acid octanedioic acid successfully presented a high level of succinylation and were protected from both ischemia-reperfusion- and cisplatin-induced AKI. Moreover, our study demonstrates that peroxisomal activity was increased while mitochondrial activity was preserved, suggesting that the metabolism of diet-obtained medium-chain fatty acids by peroxisomes is renoprotective.

Abstract Acute kidney injury (AKI) manifests as a major health concern, particularly for the elderly. Understanding AKI-related proteome changes is critical for prevention and development of novel therapeutics to recover kidney function and to mitigate the susceptibility for recurrent AKI or development of chronic kidney disease. In this study, mouse kidneys were subjected to ischemia-reperfusion injury, and the contralateral kidneys remained uninjured to enable comparison and assess injury-induced changes in the kidney proteome. A fast-acquisition rate ZenoTOF 7600 mass spectrometer was introduced for data-independent acquisition (DIA) for comprehensive protein identification and quantification. Short microflow gradients and the generation of a deep kidney-specific spectral library allowed for high-throughput, comprehensive protein quantification. Upon AKI, the kidney proteome was completely remodeled, and over half of the 3,945 quantified protein groups changed significantly. Downregulated proteins in the injured kidney were involved in energy production, including numerous peroxisomal matrix proteins that function in fatty acid oxidation, such as ACOX1, CAT, EHHADH, ACOT4, ACOT8, and Scp2. Injured mice exhibited severely declined health. The comprehensive and sensitive kidney-specific DIA assays highlighted here feature high-throughput analytical capabilities to achieve deep coverage of the kidney proteome and will serve as useful tools for developing novel therapeutics to remediate kidney function.

Vascularization plays a critical role in organ maturation and cell-type development. Drug discovery, organ mimicry, and ultimately transplantation hinge on achieving robust vascularization of in vitro engineered organs. Here, focusing on human kidney organoids, we overcame this hurdle by combining a human induced pluripotent stem cell (iPSC) line containing an inducible ETS translocation variant 2 (ETV2) (a transcription factor playing a role in endothelial cell development) that directs endothelial differentiation in vitro, with a non-transgenic iPSC line in suspension organoid culture. The resulting human kidney organoids show extensive endothelialization with a cellular identity most closely related to human kidney endothelia. Endothelialized kidney organoids also show increased maturation of nephron structures, an associated fenestrated endothelium with de novo formation of glomerular and venous subtypes, and the emergence of drug-responsive renin expressing cells. The creation of an engineered vascular niche capable of improving kidney organoid maturation and cell type complexity is a significant step forward in the path to clinical translation. Thus, incorporation of an engineered endothelial niche into a previously published kidney organoid protocol allowed the orthogonal differentiation of endothelial and parenchymal cell types, demonstrating the potential for applicability to other basic and translational organoid studies.

Cystic fibrosis is a debilitating disease characterized by a poor medical prognosis due to devastating lung injury. Recent medical advances targeting the major genetic mutation ΔF508 of the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) protein have dramatically increased the lifespan of patients with this mutation. This development has led to major changes in the field and has pushed research beyond the ion transport nature of cystic fibrosis and toward multiorgan physiological reprogramming. In this issue of the JCI, Bae, Kim, and colleagues utilized a large animal pig model prior to the onset of disease. They revealed metabolic reprogramming and organ crosstalk that occurred prior to disease progression. These findings provide paradigm-shifting insight into this complex disease.