ABSTRACT Osteoprotegerin (OPG), a decoy receptor for receptor activator of NF-kB ligand (RANKL), is used as a biomarker for assessing severity of liver fibrosis. However, its expression and role in pulmonary fibrosis are unknown. We hypothesized that OPG also has a role in pulmonary fibrosis. Human and mouse control and fibrotic lung tissue were used to examine OPG expression, and mouse precision-cut lung slices to study OPG regulation in pulmonary fibrosis. Serum from idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) patients and controls was analysed to investigate whether OPG levels correlate with disease status as measured by lung function. OPG-protein levels were significantly higher in mouse and human fibrotic lung tissue compared to control. OPG-mRNA and protein production were induced in mouse precision-cut-lung slices upon TGFβ stimulation and could be inhibited with galunisertib, a TGFβ receptor kinase inhibitor. OPG-protein levels in fibrotic mouse lung tissue correlated with degree of fibrosis. Isolated lung fibroblasts from IPF patients had higher OPG-protein levels than control fibroblasts. Serum OPG levels in IPF patients, at first presentation, negatively correlated with diffusing capacity to carbon monoxide. Finally, serum OPG levels higher than 1234 pg/ml at first presentation were associated with progression of disease in IPF patients. In conclusion, OPG is produced in lung tissue, associates with fibrosis, and may be a potential prognostic biomarker for IPF disease progression. Validation in a larger cohort is warranted to further explore the role of OPG in pulmonary fibrosis and its potential for assessing the prognosis of fibrotic lung disease in individual patients. Take home message Osteoprotegerin is present in fibrotic lung tissue and high serum levels correlate with low lung function and IPF disease progression in this small study, indicating osteoprotegerin may have value as a biomarker to predict IPF progression

ABSTRACT BACKGROUND Cell entry of SARS-CoV-2, the novel coronavirus causing COVID-19, is facilitated by host cell angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) and transmembrane serine protease 2 (TMPRSS2). We aimed to identify and characterize genes that are co-expressed with ACE2 and TMPRSS2 , and to further explore their biological functions and potential as druggable targets. METHODS Using the gene expression profiles of 1,038 lung tissue samples, we performed a weighted gene correlation network analysis (WGCNA) to identify modules of co-expressed genes. We explored the biology of co-expressed genes using bioinformatics databases, and identified known drug-gene interactions. RESULTS ACE2 was in a module of 681 co-expressed genes; 12 genes with moderate-high correlation with ACE2 (r>0.3, FDR<0.05) had known interactions with existing drug compounds. TMPRSS2 was in a module of 1,086 co-expressed genes; 15 of these genes were enriched in the gene ontology biologic process ‘Entry into host cell’, and 53 TMPRSS2- correlated genes had known interactions with drug compounds. CONCLUSION Dozens of genes are co-expressed with ACE2 and TMPRSS2 , many of which have plausible links to COVID-19 pathophysiology. Many of the co-expressed genes are potentially targetable with existing drugs, which may help to fast-track the development of COVID-19 therapeutics.

Abstract Childhood-onset asthma is characterized by Type 2-inflammation and airway wall remodeling, but mechanisms of asthma development in the first years of life remain unclear. Here, we investigate transcriptional changes in airway wall biopsies of 22 symptomatic one year old children and relate these to asthma at school age. We demonstrate that pre-asthmatic children (n = 10) overexpressed a gene signature characteristic for an airway epithelial differentiation trajectory via hillock cells towards squamous cells (adjusted p-value 8.06e-16), whilst there was no association with gene signatures of Type 2-inflammation or eosinophil activation. Genes expressed along this trajectory are linked to an altered epithelial barrier function, innate immune activation and extracellular matrix remodeling. Functional GWAS analysis supports a causal link between childhood-onset, but not adult-onset asthma, and the hillock-squamous cell differentiation trajectory. Next, we confirmed the presence of hillock-like cells at the RNA and protein level in pediatric upper and lower airway samples. These findings identify a novel mechanism by which an aberrant airway epithelial differentiation trajectory may contribute to a pre-asthmatic state, highlighting the difference between the early origins of childhood-onset asthma and adult asthma, and point to possible new targets for the early diagnosis and treatment of asthma in the first two years of life. One Sentence Summary RNA sequencing in bronchial biopsies from wheezing infants and children < 2 years shows evidence for an airway epithelial hillock-to-squamous differentiation pathway that marks the development of asthma.

Rationale: Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a complex lung disease characterised by scarring of the lung that is believed to result from an atypical response to injury of the epithelium. The mechanisms by which this arises are poorly understood and it is likely that multiple pathways are involved. The strongest genetic association with IPF is a variant in the promoter of MUC5B where each copy of the risk allele confers a five-fold risk of disease. However, genome-wide association studies have reported additional signals of association implicating multiple pathways including host defence, telomere maintenance, signalling and cell-cell adhesion. Objectives: To improve our understanding of mechanisms that increase IPF susceptibility by identifying previously unreported genetic associations. Methods and measurements: We performed the largest genome-wide association study undertaken for IPF susceptibility with a discovery stage comprising up to 2,668 IPF cases and 8,591 controls with replication in an additional 1,467 IPF cases and 11,874 controls. Polygenic risk scores were used to assess the collective effect of variants not reported as associated with IPF. Main results: We identified and replicated three new genome-wide significant (P<5×10−8) signals of association with IPF susceptibility (near KIF15 , MAD1L1 and DEPTOR ) and confirm associations at 11 previously reported loci. Polygenic risk score analyses showed that the combined effect of many thousands of as-yet unreported IPF risk variants contribute to IPF susceptibility. Conclusions: Novel association signals support the importance of mTOR signalling in lung fibrosis and suggest a possible role of mitotic spindle-assembly genes in IPF susceptibility.

Over 90 regions of the genome have been associated with lung function to date, many of which have also been implicated in chronic obstructive pulmonary disease (COPD). We carried out meta-analyses of exome array data and three lung function measures: forced expiratory volume in one second (FEV1), forced vital capacity (FVC) and the ratio of FEV1 to FVC (FEV1/FVC). These analyses by the SpiroMeta and CHARGE consortia included 60,749 individuals of European ancestry from 23 studies, and 7,721 individuals of African Ancestry from 5 studies in the discovery stage, with follow-up in up to 111,556 independent individuals. We identified significant (P<2.8x10-7) associations with six SNPs: a nonsynonymous variant in RPAP1, which is predicted to be damaging, three intronic SNPs (SEC24C, CASC17 and UQCC1) and two intergenic SNPs near to LY86 and FGF10. eQTL analyses found evidence for regulation of gene expression at three signals and implicated several genes including TYRO3 and PLAU. Further interrogation of these loci could provide greater understanding of the determinants of lung function and pulmonary disease.

We collated 129 non-overlapping risk loci for chronic obstructive pulmonary disease (COPD) from the GWAS literature. Using recent and complementary integrative genomics approaches, combining GWAS and lung eQTL results, we identified 12 novel COPD loci and corresponding causal genes. In addition, we mapped candidate causal genes for 60 out of the 129 GWAS-nominated loci as well as for four sub-genome-wide significant COPD risk loci derived from the largest GWAS on COPD. Mapping causal genes in lung tissue represents an important contribution on the genetics of COPD, enriches our biological interpretation of GWAS findings, and brings us closer to clinical translation of genetic associations.

The human bronchial epithelium is composed of multiple, distinct cell types that cooperate to perform functions, such as mucociliary clearance, that defend against environmental insults. While studies have shown that smoking alters bronchial epithelial function and morphology, the precise effects of this exposure on specific cell types are not well-understood. We used single-cell RNA sequencing to profile bronchial epithelial cells from six never- and six current smokers. Unsupervised analyses identified thirteen cell clusters defined by unique combinations of nineteen distinct gene sets. Expression of a set of toxin metabolism genes localized to ciliated cells from smokers. Smoking-induced airway remodeling was characterized by a loss of club cells and extensive goblet cell hyperplasia. Finally, we identified a novel peri-goblet epithelial subpopulation in smokers that expressed a marker of bronchial premalignant lesions. Our data demonstrates that smoke exposure drives a complex landscape of cellular and molecular alterations in the human bronchial epithelium that may contribute to the onset of smoking-associated lung diseases.