Abstract Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) is the main entry point in the airways for SARS-CoV-2. ACE2 binding to SARS-CoV-2 protein Spike triggers viral fusion with the cell membrane, resulting in viral RNA genome delivery into the host. Despite ACE2’s critical role in SARS-CoV-2 infection, an understanding of ACE2 expression, including in response to viral infection, remains unclear. Until now ACE2 was thought to encode five transcripts and one 805 amino acid protein. Here we identify a novel short isoform of ACE2. Short ACE2 is expressed in the airway epithelium, the main site of SARS-CoV-2 infection; it is substantially upregulated in response to interferon stimulation and RV infection, but not in response to SARS-CoV-2 infection, and it shows differential regulation in asthma patients. This short isoform lacks SARS-CoV-2 spike glycoprotein high-affinity binding sites and altogether, our data are consistent with a model where short ACE2 may influence host susceptibility to SARS-CoV-2 infection.

Abstract Light sheet microscopy (LSM) has emerged as one of most profound three dimensional (3D) imaging tools in the life sciences over the last decade. However, LSM is currently performed with fluorescence detection on one- or multi-photon excitation. Label-free LSM imaging approaches have been rather limited. Second Harmonic Generation (SHG) imaging is a label-free technique that has enabled detailed investigation of collagenous structures, including its distribution and remodelling in cancers and respiratory tissue, and how these link to disease. SHG is generally regarded as having only forward- and back-scattering components, apparently precluding the orthogonal detection geometry used in Light Sheet Microscopy. In this work we demonstrate SHG imaging on a light sheet microscope (SHG-LSM) using a rotated Airy beam configuration that demonstrates a powerful new approach to direct, without any further processing or deconvolution, 3D imaging of harmonophores such as collagen in biological samples. We provide unambiguous identification of SHG signals on the LSM through its wavelength and polarisation sensitivity. In a multimodal LSM setup we demonstrate that SHG and two-photon signals can be acquired on multiple types of different biological samples. We further show that SHG-LSM is sensitive to changes in collagen synthesis within lung fibroblast 3D cell cultures. This work expands on the existing optical methods available for use with light sheet microscopy, adding a further label-free imaging technique which can be combined with other detection modalities to realise a powerful multi-modal microscope for 3D bioimaging.

Matrix stiffening by lysyl oxidase-like 2 (LOXL2)-mediated collagen cross-linking is proposed as a core feedforward mechanism that promotes fibrogenesis. Failure in clinical trials of simtuzumab (the humanized version of AB0023, a monoclonal antibody against human LOXL2) suggested that targeting LOXL2 may not have disease relevance; however, target engagement was not directly evaluated. We compare the spatial transcriptome of active human lung fibrogenesis sites with different human cell culture models to identify a disease-relevant model. Within the selected model, we then evaluate AB0023, identifying that it does not inhibit collagen cross-linking or reduce tissue stiffness, nor does it inhibit LOXL2 catalytic activity. In contrast, it does potently inhibit angiogenesis consistent with an alternative, non-enzymatic mechanism of action. Thus, AB0023 is anti-angiogenic but does not inhibit LOXL2 catalytic activity, collagen cross-linking, or tissue stiffening. These findings have implications for the interpretation of the lack of efficacy of simtuzumab in clinical trials of fibrotic diseases.

Abstract Extracellular matrix (ECM) stiffening with downstream activation of mechanosensitive pathways is strongly implicated in fibrosis. We previously reported that altered collagen nanoarchitecture is a key determinant of pathogenetic ECM structure-function in human fibrosis (Jones et al., 2018). Here, through human tissue, bioinformatic and ex vivo studies we show that hypoxia-inducible factor (HIF) pathway activation is a critical pathway for this process regardless of oxygen status (pseudohypoxia). Whilst TGFβ increased rate of fibrillar collagen synthesis, HIF pathway activation was required to dysregulate post-translational modification of fibrillar collagen, promoting ‘bone-type’ cross-linking, altering collagen nanostructure, and increasing tissue stiffness. In vitro , knock down of Factor Inhibiting HIF (FIH) or oxidative stress caused pseudohypoxic HIF activation in normal fibroblasts. In contrast, endogenous FIH activity was reduced in fibroblasts from patients with lung fibrosis in association with significantly increased normoxic HIF pathway activation. In human lung fibrosis tissue, HIF mediated signalling was increased at sites of active fibrogenesis whilst subpopulations of IPF lung mesenchymal cells had increases in both HIF and oxidative stress scores. Our data demonstrate that oxidative stress can drive pseudohypoxic HIF pathway activation which is a critical regulator of pathogenetic collagen structure-function in fibrosis.