Abstract A hallmark of idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) and other interstitial lung diseases is dysregulated repair of the alveolar epithelium. The Hippo pathway effector transcription factors YAP and TAZ have been implicated as essential for type 1 and type 2 alveolar epithelial cell (AT1 and AT2) differentiation in the developing lung, yet aberrant activation of YAP/TAZ is a prominent feature of the dysregulated alveolar epithelium in IPF. In these studies, we sought to define the functional role of YAP/TAZ activity during alveolar regeneration. We demonstrate that Yap and Taz are normally activated in AT2 cells shortly after injury, and deletion of Yap/Taz in AT2 cells led to pathologic alveolar remodeling, failure of AT2 to AT1 cell differentiation, increased collagen deposition, exaggerated neutrophilic inflammation, and increased mortality following injury induced by a single dose of bleomycin. Loss of Yap/Taz activity prior to a LPS injury prevented AT1 cell regeneration, led to intra-alveolar collagen deposition, and resulted in persistent innate inflammation. Together these findings establish that AT2 cell Yap/Taz activity is essential for functional alveolar epithelial repair and prevention of fibrotic remodeling.

About 100 genes have been associated with significantly increased risks of autism spectrum disorders (ASD) with an estimate of ~1000 genes that may be involved. The new challenge now is to investigate the molecular and cellular functions of these genes during neural and brain development, and then even more challenging, to link the altered molecular and cellular phenotypes to the ASD clinical manifestations. In this study, we use single cell RNA-seq analysis to study one of the top risk gene, CHD8, in cerebral organoids, which models early neural development. We identify 21 cell clusters in the organoid samples, representing non-neuronal cells, neural progenitors, and early differentiating neurons at the start of neural cell fate commitment. Comparisons of the cells with one copy of the CHD8 knockout and their isogenic controls uncover thousands of differentially expressed genes, which are enriched with function related to neural and brain development, with genes and pathways previously implicated in ASD, but surprisingly not for Schizophrenia and intellectual disability risk genes. The comparisons also find cell composition changes, indicating potential altered neural differential trajectories upon CHD8 reduction. Moreover, we find that cell-cell communications are affected in the CHD8 knockout organoids, including the interactions between neural and glial cells. Taken together, our results provide new data for understanding CHD8 functions in the early stages of neural lineage development and interaction.

Co-measurement of multiple omic profiles from the same single cells opens up the opportunity to decode molecular regulation that underlie intercellular heterogeneity in development and disease. This method demonstrates good robustness and reproducibility for detecting both microRNAs and mRNAs in single cells, and yields paired half-cell microRNA and mRNA profiles that could be independently validated. Here, we present co-sequencing of microRNAs and mRNAs in the same single cells using a half-cell genomics approach. Linking the level of miRNAs to the expression of predicted target mRNAs across 19 single cells that are phenotypically identical, we observe that the predicted targets are significantly anti-correlated with the variation of abundantly expressed miRNAs, suggesting that miRNA expression variability alone may lead to non-genetic cell-to-cell heterogeneity. Genome scale analysis of paired miRNA-mRNA co-profiles further allows us to derive and validate new regulatory relationships of cellular pathways controlling miRNA expression and variability.

Abstract Bardet-Biedl Syndrome (BBS) is a rare autosomal recessive disorder caused by mutations in genes encoding components of the primary cilium and characterized by hyperphagic obesity. We developed a cellular model of BBS using induced pluripotent stem cell (iPSCs)-derived hypothalamic arcuate-like neurons. BBS mutations BBS1 M390R and BBS10 C91fsX95 did not affect neuron differentiation efficiency but caused morphological defects including impaired neurite outgrowth and longer primary cilia. Expression of intact BBS10 normalized cilia length. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) of BBS1 M390R hypothalamic neurons identified several down regulated pathways including insulin and cAMP signaling, and axon guidance. In agreement with scRNA-seq data, insulin-induced AKT phosphorylation at Thr308 was reduced in BBS1M390R and BBS10c91fsX95 human fibroblasts and iPSC-derived neurons, as well as in BBS10 knockdown iPSC-derived neurons. Overexpression of intact BBS10 fully restored insulin receptor tyrosine phosphorylation in BBS10c91fsX95 neurons. Mutations in BBS1 and BBS10 impaired leptin-mediated p-STAT3 activation in both human primary fibroblasts and iPSC-derived hypothalamic neurons. Correction of the BBS mutation by CRISPR rescued leptin signaling. POMC expression in BBS1 M390R and BBS10 C91fsX95 iPSC-derived hypothalamic neurons was downregulated, as was hypothalamic Pomc in BBS1 M390R knockin (KI) mice. In the aggregate, these data provide insights into the anatomic and functional mechanisms by which components of the BBsome in CNS primary cilia mediate effects on energy homeostasis.

Abstract Tsetse flies are vectors of parasitic African trypanosomes ( Trypanosoma spp.). Current disease control methods include fly-repelling pesticides, trapping flies, and chemotherapeutic treatment of infected people. Inhibiting tsetse’s ability to transmit trypanosomes by strengthening the fly’s natural barriers can serve as an alternative approach to reduce disease. The peritrophic matrix (PM) is a chitinous and proteinaceous barrier that lines tsetse’s midgut. It protects the epithelial cells from the gut lumen content such as food and invading trypanosomes, which have to overcome this physical barrier to establish an infection. Bloodstream form trypanosomes shed variant surface glycoproteins (VSG) into tsetse’s gut lumen early during the infection establishment. The VSG molecules are internalized by the fly’s PM-producing cardia, which results in a reduction in tsetse miR275 expression and a sequential molecular cascade that compromises the PM integrity. In the present study, we investigated the role(s) of miR275 in tsetse’s midgut physiology and trypanosome infection processes by developing a paratransgenic expression system. We used tsetse’s facultative bacterial endosymbiont Sodalis glossinidius to express tandem antagomir -275 repeats (or miR275 sponge) that constitutively reduce miR275 transcript abundance. This paratransgenic system successfully knocked down miR275 levels in the fly’s midgut, which consequently obstructed blood digestion and modulated infection outcomes with an entomopathogenic bacteria and with trypanosomes. RNA sequencing of cardia and midgut tissues from the paratransgenic tsetse confirmed that miR275 regulates processes related to the expression of PM-associated proteins and digestive enzymes as well as genes that encode abundant secretory proteins. Our study demonstrates that paratransgenesis can be employed to study microRNA-regulated pathways in arthropods housing symbiotic bacteria. Author Summary Tsetse flies transmit African trypanosomes, which are the parasites that cause sleeping sickness in human in sub-Saharan Africa. When tsetse ingests a blood meal containing trypanosomes, the expression level of a microRNA ( miR275 ) decreases in the fly’s gut. This process results in a series of events that interrupt the physiological homeostasis of the gut environment. To further understand the function of miR275 in tsetse fly, we genetically modified a tsetse’s native bacterial symbiont, reintroduced the genetically modified bacterium back into the fly, and successfully knocked down the miR275 expression in tsetse’s midgut. These ‘paratransgenic’ flies (which house genetically modified bacteria) presented impaired digestive processes and were highly susceptible to infection with trypanosomes. Lastly, we discovered that miR275 regulates tsetse secretory pathways. Our novel paratransgenic expression system can be applied to study the function of other microRNAs and how they regulate disease transmission in tsetse and other insect systems.