Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a lethal interstitial lung disease characterized by airway remodeling, inflammation, alveolar destruction, and fibrosis. We utilized single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) to identify epithelial cell types and associated biological processes involved in the pathogenesis of IPF. Transcriptomic analysis of normal human lung epithelial cells defined gene expression patterns associated with highly differentiated alveolar type 2 (AT2) cells, indicated by enrichment of RNAs critical for surfactant homeostasis. In contrast, scRNA-seq of IPF cells identified 3 distinct subsets of epithelial cell types with characteristics of conducting airway basal and goblet cells and an additional atypical transitional cell that contributes to pathological processes in IPF. Individual IPF cells frequently coexpressed alveolar type 1 (AT1), AT2, and conducting airway selective markers, demonstrating “indeterminate” states of differentiation not seen in normal lung development. Pathway analysis predicted aberrant activation of canonical signaling via TGF-β, HIPPO/YAP, P53, WNT, and AKT/PI3K. Immunofluorescence confocal microscopy identified the disruption of alveolar structure and loss of the normal proximal-peripheral differentiation of pulmonary epithelial cells. scRNA-seq analyses identified loss of normal epithelial cell identities and unique contributions of epithelial cells to the pathogenesis of IPF. The present study provides a rich data source to further explore lung health and disease.

Fibroblast heterogeneity has long been recognized in mouse and human lungs, homeostasis, and disease states. However, there is no common consensus on fibroblast subtypes, lineages, biological properties, signaling, and plasticity, which severely hampers our understanding of the mechanisms of fibrosis. To comprehensively classify fibroblast populations in the lung using an unbiased approach, single-cell RNA sequencing was performed with mesenchymal preparations from either uninjured or bleomycin-treated mouse lungs. Single-cell transcriptome analyses classified and defined six mesenchymal cell types in normal lung and seven in fibrotic lung. Furthermore, delineation of their differentiation trajectory was achieved by a machine learning method. This collection of single-cell transcriptomes and the distinct classification of fibroblast subsets provide a new resource for understanding the fibroblast landscape and the roles of fibroblasts in fibrotic diseases.

ABSTRACT Zika Virus (ZIKV) is a causative agent for poor pregnancy outcome and fetal developmental abnormalities, including microcephaly and eye defects. As a result, ZIKV is now a confirmed teratogen. Understanding host-pathogen interactions, specifically cellular perturbations caused by ZIKV, can provide novel therapeutic targets. In order to complete viral replication, viral pathogens control the host cellular machineries and regulate various factors, including long noncoding RNA (lncRNA) genes, at transcriptional levels. The role of lncRNA genes in the pathogenesis of ZIKV-mediated microcephaly and eye defects is currently unknown. To gain additional insights, we focused on profiling the differentially expressed lncRNA genes during ZIKV infection in mammalian cells. For this study, we employed a contemporary clinical Zika viral isolate, PRVABC59, of Asian genotype. We utilized an unbiased RNA sequencing approach to profile the lncRNA transcriptome in ZIKV infected Vero cells. We identified a total of 121 lncRNA genes that are differentially regulated at 48 hours post-infection. The majority of these genes are independently validated by reverse-transcription qPCR. A notable observation was that the lncRNAs, MALAT1 (Metastasis Associated Lung Adenocarcinoma Transcript 1) and NEAT1 (Nuclear Paraspeckle Assembly Transcript 1), are down-regulated upon Zika viral infection. MALAT1 and NEAT1 are known as nuclear localized RNAs that regulate gene expression and cell proliferation. Protein-lncRNA interaction maps revealed that MALAT1 and NEAT1 share common interacting partners and form a larger network comprising of 71 cellular factors. ZIKV-mediated dysregulation of these two regulatory lncRNAs can alter the expression of respective target genes and associated biological functions, an important one being cell division. In conclusion, this investigation is the first to provide insight into the biological connection of lncRNAs and ZIKV which can be further explored for developing antiviral therapy and understanding fetal developmental processes.

Summary The first trimester is a critical window of maternal-fetal communication for pregnancy. Therefore, we characterized crosstalk in ongoing human pregnancies at 11-13 weeks gestation. RNA-sequencing of matched maternal decidua and placenta identified 818 receptors and 3502 ligands, including 126 differentially expressed receptor-ligand pairs. Using single cell RNA-sequencing to further dissect placenta heterogeneity, we identified five major cell types (trophoblasts, stromal cells, hofbauer cells, antigen presenting cells and endothelial cells) with unique crosstalk at the maternal-fetal interface. We identified seven unique trophoblast subclusters, including new subtypes that transition into the terminal cell types, extra-villous trophoblasts and syncytiotrophoblasts. As fetal sex impacts pregnancy, we analyzed sex differences in each cell type and identified differences in immune cell function. TGFβ1, β-estradiol, and dihydrotestosterone emerge as upstream regulators of sexually dimorphic genes in a cell type specific manner. Thus, the fetal contribution at the maternal-fetal interface is cell and sex specific.

Abstract Maternal and fetal pregnancy outcomes related to placental function vary based on fetal sex, which may be the result of sexually dimorphic epigenetic regulation of RNA expression. We identified sexually dimorphic miRNA expression throughout gestation in human placentae. Next-generation sequencing was used to identify miRNA expression profiles in first and third trimester uncomplicated pregnancies using tissue obtained at chorionic villous sampling (n=113) and parturition (n=47). Sequencing and differential expression (DE) analysis identified 432 mature miRNAs expressed in the first trimester female, 425 in the first trimester male, 400 in the third trimester female, and 508 in the third trimester male placenta (baseMean >10). Of these, 11 sexually dimorphic (FDR<0.05, baseMean >10) miRNAs were identified in the first and 4 miRNAs were identified in the third trimester, including miR-361-5p, significant in both trimesters, all upregulated in females. Across gestation, 207 miRNAs were DE across gestation, common to both females and males, miR-4483, the most DE across gestation. There were twice as many female-specific differences across gestation as male-specific (44 miRNAs vs 21 miRNAs), indicating that miRNA abundance across human gestation is sexually dimorphic. Pathway enrichment analysis identified significant pathways that were differentially regulated in first and third trimester as well as across gestation. This work provides the normative sex dimorphic miRNA atlas in first and third trimester, as well as the sex independent and sex specific placenta miRNA atlas across gestation which may be used to identify biomarkers of placental function and direct functional studies investigating placental sex differences. Summary Sentence Sex dimorphism in miRNA expression is more pronounced in first compared to third trimester placenta, and there are twice as many female-specific gestational differences, indicating miRNA abundance across human gestation is also sexually dimorphic.

Abstract Background Altered placenta miRNA abundance may impact the maternal-fetal interface and pregnancy outcomes. Understanding miRNA changes across gestation is essential before miRNAs can be used as biomarkers or prognostic indicators during pregnancy. Materials & Methods Using next-generation sequencing, we characterize the normative human placenta miRNA transcriptome in first (N=113) and third trimester (N=47). Results There are 801 miRNAs expressed in both first and third trimester, including 182 with similar expression across gestation (P≥0.05) and 182 significantly different (FDR<0.05). Of placenta-specific miRNA clusters, C14MC is more upregulated in first trimester and C19MC is more highly expressed overall. Conclusion This work provides a rich atlas of healthy pregnancies to direct functional studies investigating the epigenetic differences in first and third trimester placentae. Lay Abstract The human body produces microRNAs which affect the expression of genes and proteins. This study uses next generation sequencing to identify the microRNA profile of first and third trimester human placentae using a large cohort (N=113 first, N=47 third trimester). All pregnancies resulted in healthy babies. We identify microRNAs with significantly different expression between first and third trimester, as well as stably expressed microRNAs. This work provides a baseline for future studies which may use microRNAs to monitor maternal-fetal health throughout pregnancy.

Background: Though children infected by SARS-CoV-2 generally experience milder symptoms compared to adults, severe cases can occur. Additionally, children can transmit the virus to others. Therefore, the availability of safe and effective COVID-19 vaccines for children and adolescents is crucial. Method: A single-center, randomized, double-blind clinical trial was conducted in Funing County, Yancheng City, Jiangsu Province, China. Healthy children and adolescents were divided into two subgroups (6–12 years old or 13–17 years old) and randomly assigned to one of three groups to receive one dose of Ad5-nCoV (3 × 1010 vp/dose). Another group, aged 18–59, received one dose of Ad5-nCoV (5 × 1010 vp/dose) as the control group. At 28, 90, 180, and 360 days post-vaccination, we measured the geometric mean titer (GMT)/concentration (GMC) of neutralizing and binding antibodies against the prototype SARS-CoV-2 strain, as well as serum antibody levels against the BA.4/5 variant. We also evaluated the incidence of adverse events within 28 days post-vaccination. Results: A total of 2413 individuals were screened from 3 June 2021 to 25 July 2021, of whom 2021 eligible participants were enrolled, including 1009 aged 6~17 years in the children and adolescent group and 1012 aged 18–59 years in the adults group. The GMT of anti-wild SARS-CoV-2 neutralizing antibodies was 18.6 (95% CI, 16.6–20.9) in children and adolescents and 13.2 (95% CI, 11.6–15.0) in adults on day 28. The incidence of solicited adverse reactions between the adult group (49.4% [124/251]) and the children and adolescent group (46.3% [156/337]) was not statistically significant. The neutralizing antibody levels decreased by a factor of 3.29 from day 28 to day 360 post-vaccination. Conclusions: A single dose of Ad5-nCoV at 3 × 1010 virus particles/dose is safe in children and adolescents, and it elicited significant immune response, which was not only non-inferior but also superior to that in adults aged 18–59 years.

Abstract An imbalance of the gut microbiota, termed dysbiosis, has a substantial impact on host physiology. However, the mechanism by which host deals with gut dysbiosis to maintain fitness remains largely unknown. In C. elegans , E. coli , which is its bacterial diets, proliferates in its intestinal lumen during aging. Here, we demonstrate that progressive intestinal proliferation of E. coli activates the transcription factor DAF-16, which is required for maintenance of longevity and organismal fitness in worms with age. DAF-16 up-regulates two lysozymes lys-7 and lys-8 , thus limiting the bacterial accumulation in the gut of worms during aging. During dysbiosis, the levels of indole produced by E. coli are increased in worms. Indole is involved in the activation of DAF-16 by TRPA-1 in neurons of worms. Our finding demonstrates that indole functions as a microbial signal of gut dysbiosis to promote fitness of the host.

Zika virus (ZIKV) causes microcephaly and congenital eye disease that is characterized by macular pigment mottling, macular atrophy, and loss of foveal reflex. The cell and molecular basis of congenital ZIKV infection are not well understood. Here, we utilized a biologically relevant cell-based system on human fetal retinal pigment epithelial cells (FRPE) and iPSC-derived retinal stem cells (iRSCs) to model ZIKV-ocular cell injury processes. FRPEs were highly susceptible to ZIKV, resulting in apoptosis and decreased viability, whereas iRSCs showed reduced susceptibility. Transcriptomics and proteomics analyses of infected FRPE cells revealed the activation of innate immune and inflammatory response genes, and dysregulation of cell survival pathways, mitochondrial transmembrane potential, phagocytosis, and particle internalization. Nucleoside analogue drug treatment inhibited ZIKV replication and prevented apoptosis. In conclusion, ZIKV affects ocular cells of different developmental stages resulting in cellular injury and death, further providing molecular insight into the pathogenesis of congenital eye disease.