Objective— We previously showed that cholesterol loading in vitro converts mouse aortic vascular smooth muscle cells (VSMC) from a contractile state to one resembling macrophages. In human and mouse atherosclerotic plaques, it has become appreciated that ≈40% of cells classified as macrophages by histological markers may be of VSMC origin. Therefore, we sought to gain insight into the molecular regulation of this clinically relevant process. Approach and Results— VSMC of mouse (or human) origin were incubated with cyclodextrin–cholesterol complexes for 72 hours, at which time the expression at the protein and mRNA levels of contractile-related proteins was reduced and of macrophage markers increased. Concurrent was downregulation of miR-143/145, which positively regulate the master VSMC differentiation transcription factor myocardin. Mechanisms were further probed in mouse VSMC. Maintaining the expression of myocardin or miR-143/145 prevented and reversed phenotypic changes caused by cholesterol loading. Reversal was also seen when cholesterol efflux was stimulated after loading. Notably, despite expression of macrophage markers, bioinformatic analyses showed that cholesterol-loaded cells remained closer to the VSMC state, consistent with impairment in classical macrophage functions of phagocytosis and efferocytosis. In apoE-deficient atherosclerotic plaques, cells positive for VSMC and macrophage markers were found lining the cholesterol-rich necrotic core. Conclusions— Cholesterol loading of VSMC converts them to a macrophage-appearing state by downregulating the miR-143/145–myocardin axis. Although these cells would be classified by immunohistochemistry as macrophages in human and mouse plaques, their transcriptome and functional properties imply that their contributions to atherogenesis would not be those of classical macrophages.

Objective— Long noncoding RNAs (lncRNAs) represent a rapidly growing class of RNA genes with functions related primarily to transcriptional and post-transcriptional control of gene expression. There is a paucity of information about lncRNA expression and function in human vascular cells. Thus, we set out to identify novel lncRNA genes in human vascular smooth muscle cells and to gain insight into their role in the control of smooth muscle cell phenotypes. Approach and Results— RNA sequencing (RNA-seq) of human coronary artery smooth muscle cells revealed 31 unannotated lncRNAs, including a vascular cell–enriched lncRNA (Smooth muscle and Endothelial cell–enriched migration/differentiation-associated long NonCoding RNA [ SENCR ]). Strand-specific reverse transcription polymerase chain reaction (PCR) and rapid amplification of cDNA ends indicate that SENCR is transcribed antisense from the 5′ end of the FLI1 gene and exists as 2 splice variants. RNA fluorescence in situ hybridization and biochemical fractionation studies demonstrate SENCR is a cytoplasmic lncRNA. Consistent with this observation, knockdown studies reveal little to no cis -acting effect of SENCR on FLI1 or neighboring gene expression. RNA-seq experiments in smooth muscle cells after SENCR knockdown disclose decreased expression of Myocardin and numerous smooth muscle contractile genes, whereas several promigratory genes are increased. Reverse transcription PCR and Western blotting experiments validate several differentially expressed genes after SENCR knockdown. Loss-of-function studies in scratch wound and Boyden chamber assays support SENCR as an inhibitor of smooth muscle cell migration. Conclusions— SENCR is a new vascular cell–enriched, cytoplasmic lncRNA that seems to stabilize the smooth muscle cell contractile phenotype.

Abstract Most single nucleotide variants (SNVs) occur in noncoding sequence where millions of transcription factor binding sites (TFBS) reside. Several genome editing platforms have emerged to evaluate the functionality of TFBS in animals. Here, a comparative analysis of CRISPR-mediated homology-directed repair (HDR) versus the recently reported prime editing 2 (PE2) system was carried out in mice to demonstrate the essentiality of a single TFBS, called a CArG box, in the promoter region of the Tspan2 gene. HDR-mediated substitution of three base pairs in the Tspan2 CArG box resulted in 20/37 (54%) founder mice testing positive for the correct edit. Mice homozygous for this edit showed near loss of Tspan2 expression in aorta and bladder with no change in heart or brain. Using the same protospacer, PE2-mediated editing of a single base in the Tspan2 CArG box yielded 12/47 (26%) founder mice testing positive for the correct edit. This single base substitution resulted in ∼90% loss of Tspan2 expression in aorta and bladder with no change in heart or brain. Targeted sequencing demonstrated all PE2 and HDR founders with some frequency of on-target editing. However, whereas no spurious on-target indels were detected in any of the PE2 founders, many HDR founders showed variable levels of on-target indels. Further, off-target analysis by targeted sequencing revealed mutations in 5/11 (45%) HDR founders but none in PE2 founders. These results demonstrate high fidelity editing of a TFBS with PE2 and suggest a new paradigm for Cre/ lox P-free tissue-specific gene inactivation via single base substitution in a TFBS. The PE2 platform of genome editing represents a powerful approach for modeling and correcting relevant noncoding SNVs in the mouse.

Abstract All smooth muscle cell (SMC) restricted Cre mice recombine floxed alleles in vascular and visceral SMCs. We generated a new tamoxifen-inducible CreER T2 mouse, Itga8-CreER T2 , and compared its activity to the widely used Myh11-CreER T2 mouse. Both CreER T2 mice showed similar activity in vascular SMCs; however, Itga8-CreER T2 displayed limited activity in visceral SMC-containing tissues ( e.g. , intestine). Myh11-CreER T2 (but not Itga8-CreER T2 ) mice displayed high levels of CreER T2 protein, tamoxifen-independent activity, and an altered transcriptome. Whereas Myh11-CreER T2 -mediated knockout of Srf resulted in a lethal intestinal phenotype, loss of Srf with Itga8-CreER T2 ( Srf Itga8 ) revealed viable mice with attenuated vascular SMC contractile gene expression, but no evidence of intestinal pathology. Male and female Srf Itga8 mice presented with vascular contractile incompetence; however, only male Srf Itga8 mice showed systemic changes in blood pressure. These results establish the Itga8-CreER T2 mouse as an alternative to existing SMC Cre strains, including Myh11-CreER T2 , where SMC gene loss results in visceral myopathies that obfuscate accurate phenotyping in vascular SMCs.

Abstract Clinical outcomes of arteriovenous fistulae (AVF) for hemodialysis remain inadequate since biological mechanisms of AVF maturation and failure are still poorly understood. Aortocaval fistula creation (AVF group) or a sham operation (sham group) was performed in C57BL/6 mice. Venous limbs were collected on postoperative day 7 and total RNA was extracted for high throughput RNA sequencing and bioinformatic analysis. Genes in metabolic pathways were significantly downregulated in the AVF, whereas significant sex differences were not detected. Since gene expression patterns among the AVF group were heterogenous, the AVF group was divided into a ‘normal’ AVF (nAVF) group and an ‘outliers’ (OUT) group. The gene expression patterns of the nAVF and OUT groups were consistent with previously published data showing venous adaptive remodeling, whereas enrichment analyses showed significant upregulation of metabolism, inflammation and coagulation in the OUT group compared to the nAVF group, suggesting the heterogeneity during venous remodeling reflects early gene expression changes that may correlate with AVF maturation or failure. Early detection of these processes may be a translational strategy to predict fistula failure and reduce patient morbidity.

Interleukin-8 (IL-8, aka CXCL8) is a chemokine produced by multiple proinflammatory cells. A high level of serum IL-8 is correlated with increased risk of cardiovascular diseases; diseased vessels frequently express high levels of IL-8. Despite these correlations, it remains largely unknown whether IL-8 plays a causative role in vascular disease owing to the lack of mouse ortholog of IL-8 and thus knockout mouse models. To address the knowledge gap, we applied a bacterial artificial chromosome (BAC) transgenic (Tg) mouse model which carries the whole IL-8 gene locus as well as the surrounding regulatory elements to enable the pathophysiological expression of IL-8 in mice. As expected, the expression of IL-8 in the BAC Tg mice is substantially induced by vascular injury and ex vivo culture condition. To determine the role of IL-8 in vascular stenosis, we subjected BAC Tg mice to complete carotid artery ligation injury. We found that neointima formation is significantly increased in BAC Tg mice compared with WT controls; the neointima in Tg mice displays increased accumulation of MAC2 and PCNA positive cells. To further pinpoint the causative role of IL-8 in the phenotype seen in BAC Tg mice, we applied IL-8 antibody to neutralize IL-8 produced in the injured carotid arteries using Pluronic gel immediately after ligation surgery in the BAC Tg mice. We found IL-8 antibody significantly attenuated neointima formation compared with IgG control. Our studies, for the first demonstrated a causative role of IL-8 in neointima formation, suggesting that IL-8 is a potential therapeutic target for vascular stenosis. Our study also indicates BAC IL-8 Tg could serve as a useful tool for investigating the role of IL-8 in various vascular pathologies.

Activation of vascular smooth muscle cells (VSMCs) inflammation is vital to initiate vascular disease. However, the role of human-specific long noncoding RNAs (lncRNAs) in VSMC inflammation is poorly understood.Bulk RNA-seq in differentiated human VSMCs revealed a novel human-specific lncRNA called IN flammatory M K L1 I nteracting L ong N oncoding RNA ( INKILN ). INKILN expression was assessed in multiple in vitro and ex vivo models of VSMC phenotypic modulation and human atherosclerosis and abdominal aortic aneurysm (AAA) samples. The transcriptional regulation of INKILN was determined through luciferase reporter system and chromatin immunoprecipitation assay. Both loss- and gain-of-function approaches and multiple RNA-protein and protein-protein interaction assays were utilized to uncover the role of INKILN in VSMC proinflammatory gene program and underlying mechanisms. Bacterial Artificial Chromosome (BAC) transgenic (Tg) mice were utilized to study INKLIN expression and function in ligation injury-induced neointimal formation.INKILN expression is downregulated in contractile VSMCs and induced by human atherosclerosis and abdominal aortic aneurysm. INKILN is transcriptionally activated by the p65 pathway, partially through a predicted NF-κB site within its proximal promoter. INKILN activates the proinflammatory gene expression in cultured human VSMCs and ex vivo cultured vessels. Mechanistically, INKILN physically interacts with and stabilizes MKL1, a key activator of VSMC inflammation through the p65/NF-κB pathway. INKILN depletion blocks ILIβ-induced nuclear localization of both p65 and MKL1. Knockdown of INKILN abolishes the physical interaction between p65 and MKL1, and the luciferase activity of an NF-κB reporter. Further, INKILN knockdown enhances MKL1 ubiquitination, likely through the reduced physical interaction with the deubiquitinating enzyme, USP10. INKILN is induced in injured carotid arteries and exacerbates ligation injury-induced neointimal formation in BAC Tg mice.These findings elucidate an important pathway of VSMC inflammation involving an INKILN /MKL1/USP10 regulatory axis. Human BAC Tg mice offer a novel and physiologically relevant approach for investigating human-specific lncRNAs under vascular disease conditions.

Abstract Microinjected transgenes, including bacterial artificial chromosomes (BACs), insert randomly in the mouse genome. Traditional methods of mapping a transgene are challenging, thus complicating breeding strategies and the accurate interpretation of phenotypes, particularly when a transgene disrupts critical coding or noncoding sequences. Here, we introduce CRISPR-Cas9 long-read sequencing (CRISPR-LRS) to ascertain transgene integration locus and estimated copy number. This method revealed integration loci for both a BAC and Cre -driver line, and estimated the copy numbers for two other BAC mouse lines. CRISPR-LRS offers an easy approach to establish robust breeding practices and accurate phenotyping of most any transgenic mouse line.

Human saphenous veins (SV) are widely used as grafts in coronary artery bypass (CABG) surgery but often fail due to neointima proliferation (NP). NP involves complex interplay between vascular smooth muscle cells (VSMC) and fibroblasts. Little is known, however, regarding the transcriptomic and proteomic dynamics of NP. Here, we performed multi-omics analysis in an ex vivo tissue culture model of NP in human SV procured for CABG surgery.Histological examination demonstrated significant elastin degradation and NP (indicated by increased neointima area and neointima/media ratio) in SV subjected to tissue culture. Analysis of data from 73 patients suggest that the process of SV adaptation and NP may differ according to sex and body mass index. RNA sequencing confirmed upregulation of pro-inflammatory and proliferation-related genes during NP and identified novel processes, including increased cellular stress and DNA damage responses, which may reflect tissue trauma associated with SV harvesting. Proteomic analysis identified upregulated extracellular matrix-related and coagulation/thrombosis proteins and downregulated metabolic proteins. Spatial transcriptomics detected transdifferentiating VSMC in the intima on the day of harvesting and highlighted dynamic alterations in fibroblast and VSMC phenotype and behavior during NP. Specifically, we identified new cell subpopulations contributing to NP, including SPP1 + , LGALS3 + VSMC and MMP2 + , MMP14 + fibroblasts.Dynamic alterations of gene and protein expression occur during NP in human SV. Identification of the human-specific molecular and cellular mechanisms may provide novel insight into SV bypass graft disease.

Inflammation is a key pathogenic feature of abdominal aortic aneurysm (AAA). Soluble epoxide hydrolase (sEH) is a pro-inflammatory enzyme that converts cytochrome P450-derived epoxides of fatty acids to the corresponding diols, and pharmacological inhibition of sEH prevented AAA formation. Both cytochrome P450 enzymes and sEH are highly expressed in the liver. Here, we investigated the role of hepatic sEH in AAA using a selective pharmacological inhibitor of sEH and hepatocyte-specific Ephx2 (which encodes sEH gene) knockout (KO) mice in two models of AAA [angiotensin II (AngII) infusion and calcium chloride (CaCl 2 ) application].sEH expression and activity were strikingly higher in mouse liver compared with aorta and further increased the context of AAA, in conjunction with elevated expression of the transcription factor Sp1 and the epigenetic regulator Jarid1b, which have been reported to positively regulate sEH expression. Pharmacological sEH inhibition, or liver-specific sEH disruption, achieved by crossing sEH floxed mice with albumin-cre mice, prevented AAA formation in both models, concomitant with reduced expression of hepatic sEH as well as complement factor 3 (C3) and serum amyloid A (SAA), liver-derived factors linked to AAA formation. Moreover, sEH antagonism markedly reduced C3 and SAA protein accumulation in the aortic wall. Co-incubation of liver ex vivo with aneurysm-prone aorta resulted in induction of sEH in the liver, concomitant with upregulation of Sp1, Jarid1b, C3 and SAA gene expression, suggesting that the aneurysm-prone aorta secretes factors that activate sEH and downstream inflammatory signaling in the liver. Using an unbiased proteomic approach, we identified a number of dysregulated proteins [ e.g., plastin-2, galectin-3 (gal-3), cathepsin S] released by aneurysm-prone aorta as potential candidate mediators of hepatic sEH induction.We provide the first direct evidence of the liver's role in orchestrating AAA via the enzyme sEH. These findings not only provide novel insight into AAA pathogenesis, but they have potentially important implications with regard to developing effective medical therapies for AAA.