Background:The stem or progenitor antecedents confer developmental plasticity and unique cell identities to cancer cells via genetic and epigenetic programs.A comprehensive characterization and mapping of the cell-of-origin of breast cancer using novel technologies to unveil novel subtype-specific therapeutic targets is still absent.Methods: We integrated 195,144 high-quality cells from normal breast tissues and 406,501 high-quality cells from primary breast cancer samples to create a large-scale single-cell atlas of human normal and cancerous breasts.Potential heterogeneous origin of malignant cells was explored by contrasting cancer cells against reference normal epithelial cells.Multi-omics analyses and both in vitro and in vivo experiments were performed to screen and validate potential subtype-specific treatment targets.Novel biomarkers of identified immune and stromal cell subpopulations were validated by immunohistochemistry in our cohort.Results: Tumor stratification based on cancer cell-of-origin patterns correlated with clinical outcomes, genomic aberrations and diverse microenvironment constitutions.We found that the luminal progenitor (LP) subtype was robustly associated with poor prognosis, genomic instability and dysfunctional immune microenvironment.However, the LP subtype patients were sensitive to neoadjuvant chemotherapy (NAC), PARP inhibitors (PARPi) and immunotherapy.The LP subtype-specific target PLK1 was investigated by both in vitro and in vivo experiments.Besides, large-scale single-cell profiling of breast cancer inspired us to identify a range of clinically relevant immune and stromal cell subpopulations, including subsets of innate lymphoid cells (ILCs), macrophages and endothelial cells. Conclusion:The present single-cell study revealed the cellular repertoire and cell-of-origin patterns of breast cancer.Combining single-cell and bulk transcriptome data, we elucidated the evolution mimicry from normal to malignant subtypes and expounded the LP subtype with vital clinical implications.Novel immune and stromal cell subpopulations of breast cancer identified in our study could be potential therapeutic targets.Taken together, Our findings lay the foundation for the precise prognostic and therapeutic stratification of breast cancer.

Abstract Host-based antivirals could offer broad-spectrum therapeutics and prophylactics against the constantly-mutating viruses including the currently-ravaging coronavirus, yet must target cellular vulnerabilities of viruses without grossly endangering the host. Here we show that the master lipid regulator SREBP1 couples the phospholipid scramblase TMEM41B to constitute a host “metabolism-to-manufacture” cascade that maximizes membrane supplies to support coronaviral genome replication, harboring biosynthetic enzymes including Lipin1 as druggable viral-specific-essential (VSE) host genes. Moreover, pharmacological inhibition of Lipin1, by a moonlight function of the widely-prescribed beta-blocker Propranolol, metabolically uncouples the SREBP1-TMEM41B cascade and consequently exhibits broad-spectrum antiviral effects against coronaviruses, Zika virus, and Dengue virus. The data implicate a metabolism-based antiviral strategy that is well tolerated by the host, and a potential broad-spectrum medication against current and future coronavirus diseases.

Abstract PCSK9 negatively regulates low-density lipoprotein receptor (LDLR) abundance on the cell surface, leading to decreased hepatic clearance of LDL particles and increased levels of plasma cholesterol. We previously identified SURF4 as a cargo receptor that facilitates PCSK9 secretion in HEK293T cells (Emmer et al., 2018). Here, we generated hepatic SURF4-deficient mice ( Surf4 fl/fl Alb-Cre + ) to investigate the physiologic role of SURF4 in vivo. Surf4 fl/fl Alb-Cre + mice exhibited normal viability, gross development, and fertility. Plasma PCSK9 levels were reduced by ∽60% in Surf4 fl/fl Alb-Cre + mice, with a corresponding ∽50% increase in steady state LDLR protein abundance in the liver, consistent with SURF4 functioning as a cargo receptor for PCSK9. Surprisingly, these mice exhibited a marked reduction in plasma cholesterol and triglyceride levels out of proportion to the partial increase in hepatic LDLR abundance. Detailed characterization of lipoprotein metabolism in these mice instead revealed a severe defect in hepatic lipoprotein secretion, consistent with prior reports of SURF4 also promoting the secretion of apolipoprotein B. Despite a small increase in liver mass and lipid content, histologic evaluation revealed no evidence of steatohepatitis or fibrosis in Surf4 fl/fl Alb-Cre + mice. Acute depletion of hepatic SURF4 by CRISPR/Cas9 or liver-targeted siRNA in adult mice confirms these findings. Together, these data support the physiologic significance of SURF4 in the hepatic secretion of PCSK9 and APOB-containing lipoproteins and its potential as a therapeutic target in atherosclerotic cardiovascular diseases.

In the clinic, anti-tumor angiogenesis is commonly employed for treating recurrent, metastatic, drug-resistant triple-negative and advanced breast cancer. Our previous research revealed that the deubiquitinase STAMBPL1 enhances the stability of MKP-1, thereby promoting cisplatin resistance in breast cancer. In this study, we discovered that STAMBPL1 could upregulate the expression of the hypoxia-inducible factor HIF1α in breast cancer cells. Therefore, we investigated whether STAMBPL1 promotes tumor angiogenesis. We demonstrated that STAMBPL1 increased HIF1A transcription in a non-enzymatic manner, thereby activating the HIF1α/VEGFA signaling pathway to facilitate TNBC angiogenesis. Through RNA-seq analysis, we identified the transcription factor GRHL3 as a downstream target of STAMBPL1 that is responsible for mediating HIF1A transcription. Furthermore, we discovered that STAMBPL1 regulates GRHL3 transcription by interacting with the transcription factor FOXO1. These findings shed light on the role and mechanism of STAMBPL1 in the pathogenesis of breast cancer, offering novel targets and avenues for the treatment of triple-negative and advanced breast cancer.

Background: Recently, liquid biopsy for cancer detection has pursued great progress. However, there are still a lack of high quality markers. It is a challenge to detect cancer stably and accurately in plasma cell free DNA (cfDNA), when the ratio of cancer signal is low. Repetitive genes or elements may improve the robustness of signals. In this study, we focused on ribosomal DNA which repeats hundreds of times in human diploid genome and investigated performances for cancer detection in plasma. Results: We collected bisulfite sequencing samples including normal tissues and 4 cancer types and found that intergenic spacer (IGS) of rDNA has high methylation levels and low variation in normal tissues and plasma. Strikingly, IGS of rDNA shows significant hypo-methylation in tumors compared with normal tissues. Further, we collected plasma bisulfite sequencing data from 224 healthy subjects and cancer patients. Means of AUC in testing set were 0.96 (liver cancer), 0.94 (lung cancer and), 0.92 (colon cancer) with classifiers using only 10 CpG sites. Due to the feature of high copy number, when liver cancer plasma WGBS was down-sampled to 10 million raw reads (0.25× whole genome coverage), the prediction performance decreased only a bit (mean AUC=0.93). Finally, methylation of rDNA could also be used for monitor cancer progression and treatment. Conclusion: Taken together, we provided the high-resolution map of rDNA methylation in tumors and supported that methylation of rDNA was a competitive and robust marker for detecting cancer and monitoring cancer progression in plasma.

Abstract High-throughput UMI technology sequencing is widely used in early tumor screening, detection, recurrence monitoring, etc. Detecting extremely low-frequency mutations is especially important for monitoring tumor recurrence, so high-precision data, as well as high-quality data, are required. We developed RealSeq2 , a new integrated data-preprocessing software based on fastp and gencore, to achieve adapter removal, quality control, UMI identification, and generate consensus reads by clustering and error correction using multithreading in high-throughput next-generation sequencing background. RealSeq2 also supports methylation data of 5-methylcytosine bisulfite-free sequencing. RealSeq2 defined a new tag in SAM for storing methylation information, which is beneficial for co-identifying methylation sites and mutation sites for downstream analysis. RealSeq2 includes three submodules: ReadsProfiler, ReadsCleaner, and ReadsRecycler. In addition, the output format file (BAM or SAM) is universal for downstream analyses. RealSeq2 is the preferred upstream analysis software for the co-detection of ultra-low frequency mutations and bisulfite-free methylation data. The error profile provides data support for downstream analysis. Additionally, XM tags will become a standard protocol for recording methylation signals.

Bacillus subtilis is widely used in industrial-scale riboflavin production. Previous studies have shown that targeted mutagenesis of the ribulose 5-phosphate 3-epimerase in B. subtilis can significantly enhance riboflavin production. This modification also leads to an increase in purine intermediate concentrations in the medium. Interestingly, B. subtilis exhibits remarkable efficiency in purine nucleoside synthesis, often exceeding riboflavin yields. These observations highlight the importance of the conversion steps from inosine-5'-monophosphate (IMP) to 2,5-diamino-6-ribosylamino-4(3 H)-pyrimidinone-5'-phosphate (DARPP) in riboflavin production by B. subtilis. However, research elucidating the specific impact of these reactions on riboflavin production remains limited.

Abstract Anti-tumor drug resistance is a challenge for human triple-negative breast cancer treatment. Our previous work demonstrated that TNFAIP2 activates RAC1 to promote triple-negative breast cancer cell proliferation and migration. However, the mechanism by which TNFAIP2 activates RAC1 is unknown. In this study, we found that TNFAIP2 interacts with IQGAP1 and Integrin β4. Integrin β4 activates RAC1 through TNFAIP2 and IQGAP1 and confers DNA damage-related drug resistance in triple-negative breast cancer. These results indicate that the Integrin β4/TNFAIP2/IQGAP1/RAC1 axis provides potential therapeutic targets to overcome DNA damage-related drug resistance in triple-negative breast cancer.