The Negative Elongation Factor (NELF) is a transcription regulatory complex that induces stalling of RNA polymerase II (Pol II) during early transcription elongation and represses expression of several genes studied to date, including Drosophila Hsp70 , mammalian proto-oncogene junB , and HIV RNA. To determine the full spectrum of NELF target genes in Drosophila , we performed a microarray analysis of S2 cells depleted of NELF and discovered that NELF RNAi affects many rapidly inducible genes involved in cellular responses to stimuli. Surprisingly, only one-third of NELF target genes were, like Hsp70 , up-regulated by NELF-depletion, whereas the majority of target genes showed decreased expression levels upon NELF RNAi. Our data reveal that the presence of stalled Pol II at this latter group of genes enhances gene expression by maintaining a permissive chromatin architecture around the promoter-proximal region, and that loss of Pol II stalling at these promoters is accompanied by a significant increase in nucleosome occupancy and a decrease in histone H3 Lys 4 trimethylation. These findings identify a novel, positive role for stalled Pol II in regulating gene expression and suggest that there is a dynamic interplay between stalled Pol II and chromatin structure.

Abstract Coronary artery disease (CAD) is a complex inflammatory disease involving genetic influences across several cell types. Genome-wide association studies (GWAS) have identified over 170 loci associated with CAD, where the majority of risk variants reside in noncoding DNA sequences impacting cis -regulatory elements (CREs). Here, we applied single-cell ATAC-seq to profile 28,316 cells across coronary artery segments from 41 patients with varying stages of CAD, which revealed 14 distinct cellular clusters. We mapped ~320,000 accessible sites across all cells, identified cell type-specific elements, transcription factors, and prioritized functional CAD risk variants via quantitative trait locus and sequence-based predictive modeling. We identified a number of candidate mechanisms for smooth muscle cell transition states and identified putative binding sites for risk variants. We further employed CRE to gene linkage to nominate disease-associated key driver transcription factors such as PRDM16 and TBX2. This single cell atlas provides a critical step towards interpreting cis -regulatory mechanisms in the vessel wall across the continuum of CAD risk.

BACKGROUND: Cell phenotype switching is increasingly being recognized in atherosclerosis. However, our understanding of the exact stimuli for such cellular transformations and their significance for human atherosclerosis is still evolving. Intraplaque hemorrhage is thought to be a major contributor to plaque progression in part by stimulating the influx of CD163 + macrophages. Here, we explored the hypothesis that CD163 + macrophages cause plaque progression through the induction of proapoptotic endothelial-to-mesenchymal transition (EndMT) within the fibrous cap. METHODS: Human coronary artery sections from CVPath’s autopsy registry were selected for pathological analysis. Athero-prone ApoE −/− and ApoE −/− /CD163 −/− mice were used for in vivo studies. Human peripheral blood mononuclear cell–induced macrophages and human aortic endothelial cells were used for in vitro experiments. RESULTS: In 107 lesions with acute coronary plaque rupture, 55% had pathological evidence of intraplaque hemorrhage in nonculprit vessels/lesions. Thinner fibrous cap, greater CD163 + macrophage accumulation, and a larger number of CD31/FSP-1 (fibroblast specific protein-1) double-positive cells and TUNEL (terminal deoxynucleotidyl transferase-dUTP nick end labeling) positive cells in the fibrous cap were observed in nonculprit intraplaque hemorrhage lesions, as well as in culprit rupture sections versus nonculprit fibroatheroma sections. Human aortic endothelial cells cultured with supernatants from hemoglobin/haptoglobin-exposed macrophages showed that increased mesenchymal marker proteins (transgelin and FSP-1) while endothelial markers (VE-cadherin and CD31) were reduced, suggesting EndMT induction. Activation of NF-κB (nuclear factor kappa β) signaling by proinflammatory cytokines released from CD163 + macrophages directly regulated the expression of Snail, a critical transcription factor during EndMT induction. Western blot analysis for cleaved caspase-3 and microarray analysis of human aortic endothelial cells indicated that apoptosis was stimulated during CD163 + macrophage–induced EndMT. Additionally, CD163 deletion in athero-prone mice suggested that CD163 is required for EndMT and plaque progression. Using single-cell RNA sequencing from human carotid endarterectomy lesions, a population of EndMT was detected, which demonstrated significant upregulation of apoptosis-related genes. CONCLUSIONS: CD163 + macrophages provoke EndMT, which may promote plaque progression through fibrous cap thinning.

Polygenic risk scores (PRS) for coronary artery disease (CAD) potentially improve cardiovascular risk prediction. However, their relationship with histopathologic features of CAD has never been examined systematically.From 4,327 subjects referred to CVPath by the State of Maryland Office Chief Medical Examiner (OCME) for sudden death between 1994 and 2015, 2,455 cases were randomly selected for genotyping. We generated PRS from 291 known CAD risk loci. Detailed histopathologic examination of the coronary arteries was performed in all subjects. The primary study outcome measurements were histopathologic plaque features determining severity of atherosclerosis, including %stenosis, calcification, thin-cap fibroatheromas (TCFA), and thrombotic CAD.After exclusion of cases with insufficient DNA sample quality or with missing data, 954 cases (mean age 48.8±14.7; 75.7% men) remained in the final study cohort. Subjects in the highest PRS quintile exhibited more severe atherosclerosis compared to subjects in the lowest quintile, with greater %stenosis (80.3%±27.0% vs. 50.4%±38.7%; adjusted p<0.001) and a higher frequency of calcification (69.6% vs. 35.8%; adjusted p=0.004) and TCFAs (26.7% vs. 9.5%; adjusted p=0.007). Even after adjustment for traditional CAD risk factors subjects within the highest PRS quintile had higher odds of severe atherosclerosis (i.e., ≥75% stenosis; adjusted OR 3.77; 95%CI 2.10-6.78; p<0.001) and plaque rupture (adjusted OR 4.05; 95%CI 2.26-7.24; p<0.001). Moreover, subjects within the highest quintile had higher odds of CAD-associated cause of death, especially among those aged 50 years and younger (adjusted OR 4.08; 95%CI 2.01-8.30; p<0.001). No associations were observed with plaque erosion.This is the first autopsy study investigating associations between PRS and atherosclerosis severity at the histopathologic level in subjects with sudden death. Our pathological analysis suggests PRS correlates with plaque burden and features of advanced atherosclerosis and may be useful as a method for CAD risk stratification, especially in younger subjects.In this autopsy study including 954 subjects within the CVPath Sudden Death Registry, high PRS correlated with plaque burden and atherosclerosis severity.The PRS showed differential associations with plaque rupture and plaque erosion, suggesting different etiologies to these two causes of thrombotic CAD.PRS may be useful for risk stratification, particularly in the young. Further examination of individual risk loci and their association with plaque morphology may help understand molecular mechanisms of atherosclerosis, potentially revealing new therapy targets of CAD.A polygenic risk score, generated from 291 known CAD risk loci, was assessed in 954 subjects within the CVPath Sudden Death Registry. Histopathologic examination of the coronary arteries was performed in all subjects. Subjects in the highest PRS quintile exhibited more severe atherosclerosis as compared to subjects in the lowest quintile, with a greater plaque burden, more calcification, and a higher frequency of plaque rupture.