Abstract Background Myofibroblasts (MYFs) are generally considered the principal culprits in excessive extracellular matrix deposition and scar formation in the pathogenesis of lung fibrosis. Lipofibroblasts (LIFs), on the other hand, are defined by their lipid-storing capacity and are predominantly found in the alveolar regions of the lung. They have been proposed to play a protective role in lung fibrosis. We previously reported that a LIF to MYF reversible differentiation switch occurred during fibrosis formation and resolution. In this study, we tested whether WI-38 cells, a human embryonic lung fibroblast cell line, could be used to study fibroblast differentiation towards the LIF or MYF phenotype and whether this could be relevant for idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). Methods using WI-38 cells, MYF differentiation was triggered using TGF-β1 treatment and LIF differentiation using Metformin treatment. We analyzed the LIF to MYF and MYF to LIF differentiation by pre-treating the WI-38 cells with TGF-β1 or Metformin first, followed by treatment with Metformin and TGF-β1, respectively. We used IF, qPCR and bulk RNA-Seq to analyze the phenotypic and transcriptomic changes in the cells. We correlated our in vitro transcriptome data from WI-38 cells (obtained via bulk RNA sequencing) with the transcriptomic signature of LIFs and MYFs derived from the IPF cell atlas as well as with our own single-cell transcriptomic data from IFP patients-derived lung fibroblasts (LF-IPF) cultured in vitro . We also carried out alveolosphere assays to evaluate the ability of the proposed LIF and MYF cells to support the growth of alveolar epithelial type 2 cells. Results WI-38 and LF-IPF display similar phenotypical and gene expression responses to TGF-β1 and Metformin treatment. Bulk RNA-Seq analysis of WI-38 and LF-IPF treated with TGF-β1, or Metformin indicate similar transcriptomic changes. We also show the partial conservation of the LIF and MYF signature extracted from the Habermann et al. scRNA-seq dataset in WI-38 cells treated with Metformin or TGF-β1, respectively. Alveolosphere assays indicate that LIFs enhance organoid growth, while MYFs inhibit organoid growth. Finally, we provide evidence supporting the LIF to MYF reversible switch using WI-38 cells. Conclusions WI-38 cells represent a versatile and reliable model to study the intricate dynamics of fibroblast differentiation towards the MYF or LIF phenotype associated with lung fibrosis formation and resolution, providing valuable insights to drive future research. Graphical abstract in vitro approach using WI-38 cells as a versatile and reliable model to study the MYF or LIF phenotype associated with lung fibrosis formation and resolution observed in vivo . WI-38 are providing valuable insights to drive future research on lung fibrosis.

Abstract Recent advances in cancer genomics have highlighted aberrant expression of various families of non-coding RNAs in all cancer types, including lung adenocarcinomas (LUAD). Here we aim to better understand the functions of long non coding RNAs (lncRNAs) regulated by the hypoxic response in LUAD cells, conditions that promote tumor aggressiveness and drug resistance. We performed a single-cell CRISPR-interference-based (CRISPRi) transcriptome screening (CROP-Seq) for HIF1A, HIF2, and a subset of lncRNA candidates regulated by hypoxia and/or potentially associated with LUAD prognosis. The mini-CROP-seq library of validated guides RNA (gRNA) was amplified and transduced in A549 LUAD cells cultured in normoxia or exposed to hypoxic conditions during 3, 6 or 24 hours. To overcome the challenge of detecting subtle gRNA-induced transcriptomic perturbation and classifying the most responsive cells, we used a new supervised autoencoding neural networks method (SAE), leveraging on both transcriptomic data and cell labels corresponding to known received gRNA. We first validated the SAE approach on HIF1A and HIF2 by confirming the specific effect of their knock-down during the temporal switch of the hypoxic response. Next, the SAE method was able to detect stable short hypoxia-dependent transcriptomic signatures induced by the knock-down of some lncRNA candidates, outperforming previously published machine learning approaches. This proof of concept demonstrates the relevance of the SAE approach for deciphering weak perturbations in single-cell transcriptomic data readout as part of CRISPR-based screening.

ABSTRACT Introduction and main objectives Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a chronic, progressive and irreversible interstitial lung disease (ILD), that increases dramatically in incidence and prevalence with age. While successful alveolar regeneration after injury depends on pulmonary capillary endothelial cells (PCEC) reprogramming, the steps involving PCEC during lung injury and resolution as well as the influence of aging are unknown. Methods We used single-cell RNA-seq (scRNA-seq) and spatial transcriptomics to compare the transcriptome of bleomycin-induced fibrotic lungs of young (7 weeks) and aged (18 months) mice, at 3 time points corresponding to the peak of fibrosis (14 days), regeneration (28 days) and resolution (60 days). Results Among the 44541 sequenced and annotated cells, we confirmed the transcriptomic dynamics of several cell types including macrophages, in which conversion is conserved between young and aged mice. We also found that lung injury shifts the transcriptomic profiles of recently described PCEC cell types, with 4 prominent signatures. These signatures are characterized by the overexpression of Lrg1 and are associated with pro-angiogenic signaling, potentially supported by adjacent cell types into the alveolar niche. These signatures were not equally maintained through the resolution process and between young and old animals. Moreover, part of this set of resolution-associated markers was also detected in pulmonary endothelial cells (ECs) from IPF samples. Finally, we found that aging also altered the transcriptome of general capillary cells (gCap) which display typical pro-fibrotic and pro-inflammatory features. Conclusions We provide a detailed characterization of the cellular dynamics associated with fibrosis development and resolution in young and aged lungs and propose that age-associated alterations in specific PCEC subpopulations may interfere with the process of lung progenitor differentiation contributing to the persistent fibrotic process typical of human pathology.

Given the paucity of effective treatments for fibrotic disorders, new insights into the deleterious mechanisms controlling fibroblast activation, the key cell type driving the fibrogenic process, are essential to develop new therapeutic strategies. Here, we identified the long non-coding RNA DNM3OS as a critical downstream effector of TGF-β-induced myofibroblast activation. Mechanistically, DNM3OS regulates this process in trans by giving rise to 3 distinct profibrotic mature miRNAs (i.e. miR-199a-5p/3p and miR-214-3p), which influence both SMAD and non-SMAD components of TGF-β signaling in a multifaceted way, through two modes of action consisting of either signal amplification or mediation. Finally, we provide preclinical evidence that interfering with DNM3OS function using distinct strategies not only prevents lung and kidney fibrosis but also improves established lung fibrosis, providing thus a novel paradigm for the treatment of refractory fibrotic diseases such as idiopathic pulmonary fibrosis.

Abstract Lineage dedifferentiation towards a mesenchymal-like state is a common mechanism of adaptive response and resistance to targeted therapy in melanoma. Yet, the transcriptional network driving this phenotypic plasticity remains elusive. Remarkably, this cellular state displays myofibroblast and fibrotic features and escapes MAPK inhibitors (MAPKi) through extracellular matrix (ECM) remodeling activities. Here we show that the anti-fibrotic drug Nintedanib/BIBF1120 is active to normalize the fibrous ECM network, enhance the efficacy of MAPK-targeted therapy and delay tumor relapse in a pre-clinical model of melanoma. We also uncovered the molecular networks that regulate the acquisition of this resistant phenotype and its reversion by Nintedanib, pointing the miR-143/-145 pro-fibrotic cluster as a driver of the therapy-resistant mesenchymal-like phenotype. Upregulation of the miR-143/-145 cluster under BRAFi/MAPKi therapy was observed in melanoma cells in vitro and in vivo and was associated with an invasive/undifferentiated profile of resistant cells. The 2 mature miRNAs generated from this cluster, miR-143-3p and miR-145-5p collaborated to mediate phenotypic transition towards a drug resistant undifferentiated mesenchymal-like state by targeting Fascin actin-bundling protein 1 (FSCN1), modulating the dynamic crosstalk between the actin cytoskeleton and the ECM through the regulation of focal adhesion dynamics as well as contributing to a fine-tuning of mechanotransduction pathways. Our study brings insights into a novel miRNA-mediated regulatory network that contributes to non-genetic adaptive drug resistance and provides proof-of-principle that preventing MAPKi-induced pro-fibrotic stromal response is a viable therapeutic opportunity for patients on targeted therapy.

Abstract Overactivation of the Mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway is a critical driver of many human cancers. However, therapies targeting this pathway have proven effective in only a few cancers, as cancers inevitably develop resistance. Puzzling observations suggest that MAPK targeting fails in tumors due to early compensatory RAS overexpression, albeit by unexplained mechanisms. We identified a novel mechanism of drug tolerance to MEK inhibitors (MEKi) that involves Processing Bodies (PBs), a membraneless organelle (MLO). MEKi promoted translation of the oncogenes KRAS and NRAS, which in turn triggered BRAF phosphorylation. This overexpression, which occurred in the absence of neotranscription, depended on PB dissolution as the source of the RAS mRNA. Moreover, in response to MEKi removal, the process was dynamic as PBs rapidly reformed and reduced MAPK signaling. These results highlight a dynamic spatiotemporal negative feedback loop of MAPK signaling via RAS mRNA sequestration. Furthermore, we observed a phenotype with a low number of PBs along with strong KRAS and NRAS induction capacities. Overall, we describe a new intricate mechanism involving PBs in the translational regulation of essential cellular signaling pathways like MAPKs, paving the way for future therapies altering MLO and thereby improving targeted cancer therapies.