In dinoflagellates, a unique and extremely divergent genomic and nuclear organization has evolved. The highly unusual features of dinoflagellate nuclei and genomes include permanently condensed liquid crystalline chromosomes, primarily packaged by proteins other than histones, genes organized in very long unidirectional gene arrays, a general absence of transcriptional regulation, high abundance of the otherwise very rare DNA modification 5-hydroxymethyluracil (5-hmU), and many others. While most of these fascinating properties were originally identified in the 1970s and 1980s, they have not yet been investigated using modern genomic tools. In this work, we address some of the outstanding questions regarding dinoflagellate genome organization by mapping the genome-wide distribution of 5-hmU (using both immunoprecipitation-based and basepair-resolution chemical mapping approaches) and of chromatin accessibility in the genome of the Symbiodiniaceae dinoflagellate Breviolum minutum. We find that the 5-hmU modification is preferentially enriched over certain classes of repetitive elements, often coincides with the boundaries between gene arrays, and is generally correlated with decreased chromatin accessibility, the latter otherwise being largely uniform along the genome. We discuss the potential roles of 5-hmU in the functional organization of dinoflagellate genomes and its relationship to the transcriptional landscape of gene arrays.

With advances in single-cell genomics, molecular signatures of cells comprising the brain vasculature are revealed in unprecedented detail[1][1],[2][2], yet the ageing-associated cell subtype transcriptomic changes which may contribute to neurovascular dysfunction in neurodegenerative diseases[3][3]–[7][4] remain elusive. Here, we performed single-cell transcriptomic profiling of brain endothelial cells (EC) in young adult and aged mice to characterize their ageing-associated genome-wide expression changes. We identified zonation-dependent transcriptomic changes in aged brain EC subtypes, with capillary ECs exhibiting the most transcriptomic alterations. Pathway enrichment analysis revealed altered immune/cytokine signaling in ECs of all vascular segments, while functional changes impacting the blood-brain barrier (BBB) and glucose/energy metabolism were most prominently implicated in ECs of the capillary bed – the primary site where ECs and other neurovascular unit (NVU) cell types closely interact and coordinate to regulate BBB and cerebral blood flow in health and diseased conditions[8][5]–[17][6]. Furthermore, an overrepresentation of Alzheimer’s disease (AD)-associated genes identified from GWAS studies was evident among the human orthologs of differentially expressed genes of aged capillary ECs but not other EC subtypes. Importantly, for numerous EC-enriched differentially expressed genes with important functional roles at the BBB and/or association with AD, we found concordant expression changes in human aged or AD brains. Finally, we demonstrated that treatment with exenatide, a glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R) agonist, strongly reverses transcriptomic changes in ECs and largely reduces BBB leakage in the aged brain. Thus, our study provides insights into detailed transcriptomic alterations underlying brain EC ageing that are complex with subtype specificity yet amenable to pharmacological interventions. [1]: #ref-1 [2]: #ref-2 [3]: #ref-3 [4]: #ref-7 [5]: #ref-8 [6]: #ref-17

An increasing number of preclinical and clinical studies are exploring the use of receptor-engineered cells that can respond to disease states for the treatment of cancer, infectious disease, autoimmunity, and regeneration. However, receptor-based cell therapies, including chimeric antigen receptor (CAR), face many critical issues including target recognition escape, adverse side effects, and lack of in vivo control. Drug-controllable receptors offer a promising solution to overcome these issues through precise in vivo tuning of cells via enhanced sensing and therapeutic efficacy. Here we develop a novel class of modular and tunable receptors, termed valency-controlled receptors (VCRs), which can leverage customized small molecules to mediate cell signaling strength via controlled spatial clustering. We first develop DNA origami activated VCRs to demonstrate that receptor valency is a core mechanism that modulates immune cell activation. We design a series of customized valency-control ligands (VCLs) by transforming small molecule drugs into a multivalency format and modularly fusing VCR onto the CAR architecture. We demonstrate that VCL induction allows enhanced target sensitivity of engineered cells. Using medicinal chemistry, we develop programmable bioavailable VCL drugs to demonstrate that the VCR system enables drug-induced highly potent responses towards low antigen cancers in vitro and in vivo . Valency controlled receptors and customizable drug ligands provide a new synthetic biology platform to precisely tune engineered cell therapeutic potency, which can address existing safety and efficacy barriers in cell therapy.

Abstract The advancement of Third-Generation Sequencing (TGS) techniques has significantly increased the length of sequencing to several kilobases, thereby facilitating the identification of alternative splicing (AS) events and isoform expressions. Recently, numerous computational methods for isoform detection using long-read sequencing data have been developed. However, there is lack of prior comparative studies that systemically evaluates the performance of these software tools, implemented with different algorithms, under various simulations that encompass potential influencing factors. In this study, we conducted a benchmarking analysis of eleven methods implemented in eight computational tools capable of identifying isoform structures from TGS RNA sequencing data. We evaluated their performances using simulated data, which represented diverse sequencing platforms generated by an in-house simulator, as well as experimental data. Our comprehensive results demonstrate the guided mode of StringTie2 and Bambu achieved the best performance in sensitivity and precision, respectively. This study provides valuable guidance for future research on AS analysis and the ongoing improvement of tools for isoform detection using TGS data.

Abstract Pharmacological reversal of brain aging is a long-sought yet challenging strategy for the prevention and treatment of age-related neurodegeneration, due to the diverse cell types and complex cellular pathways impacted by the aging process. Here, we report the genome-wide reversal of transcriptomic aging signatures in multiple major brain cell types, including glial and mural cells, by glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R) agonist (GLP-1RA) treatment. The age-related expression changes reversed by GLP-1RA encompass both shared and cell type-specific functional pathways that are implicated in aging and neurodegeneration. Concomitantly, Alzheimer’s disease (AD)-associated transcriptomic signature in microglia that arises from aging is reduced. These results show the feasibility of reversing brain aging by pharmacological means, provide mechanistic insights into the neurological benefits of GLP-1RAs in diabetic patients, and imply that GLP-1R agonism may be a generally applicable pharmacological intervention for patients at risk of age-related neurodegeneration.

Abstract Nucleomoprhs are remnants of secondary endosymbiotic events between two eukaryote cells wherein the endosymbiont has retained its eukaryotic nucleus. Nucleomorphs have evolved at least twice independently, in chlorarachniophytes and cryptophytes, yet they have converged on a remarkably similar genomic architecture, characterized by the most extreme compression and miniaturization among all known eukaryotic genomes. Previous computational studies have suggested that nucleomorph chromatin likely exhibits a number of divergent features. In this work, we provide the first maps of open chromatin, active transcription, and three-dimensional organization for the nucleomorph genome of the chlorarachniophyte Bigelowiella natans . We find that the B. natans nucleomorph genome exists in a highly accessible state, akin to that of ribosomal DNA in some other eukaryotes, and that it is highly transcribed over its entire length, with few signs of polymerase pausing at transcription start sites (TSSs). At the same time, most nucleomorph TSSs show very strong nucleosome positioning. Chromosome conformation (Hi-C) maps reveal that nucleomorph chromosomes interact with one other at their telomeric regions, and show the relative contact frequencies between the multiple genomic compartments of distinct origin that B. natans cells contain.

Abstract Background Subarachnoid hemorrhage (SAH) is a severe stroke and the advanced treatment for SAH is still limited. Recent studies have shown that microglia-mediated neuroinflammation plays a critical role in the pathogenesis of SAH. Microglia can transform their states in response to central nervous system injury. However, the transcriptomic features of microglia remained unknown in SAH. Recent developed single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) provides a possible way to solve this problem. Methods Endovascular perforation (EVP) murine SAH model was established to reproduce experimental SAH. Microglia states are examined with immune staining and quantitate analysis. Post-SAH microglial single-cell suspension were harvest and sequenced using 10X scRNA-seq platform. Then, the detailed single-cell transcriptomic characterization of post-SAH microglia were analyzed with bioinformatics. Results Transcriptional analysis revealed at least ten diverse microglial subgroups, including SAH-associated microglia (SAM), inflammatory-associated microglia (IAM) and proliferation-associated microglia (PAM), which all exhibit distinct marker gene expression patterns. Microglia subsets interaction reveals the functional relationship between elevated signaling pathways and microglial sub-populations in SAH. Receptor-ligand pair analysis revealed that complex inter-cellular interactions exist between the microglia subsets and other cell types, and indicated that microglia are important mediators of neuroinflammation after SAH. Integrated analysis with normal microglia further proved the existence of these microglia subpopulations and different gene markers associated with SAH were clarified. Conclusions Collectively, we first report the single-cell transcriptome of post-SAH microglia and found specific biomarkers related to the neuroinflammation in SAH. These results enhanced our understanding of the pathological mechanisms of microglial response to SAH, and may guide future development of SAH monitoring methods and therapeutics.