Early detection has the potential to reduce cancer mortality, but an effective screening test must demonstrate asymptomatic cancer detection years before conventional diagnosis in a longitudinal study. In the Taizhou Longitudinal Study (TZL), 123,115 healthy subjects provided plasma samples for long-term storage and were then monitored for cancer occurrence. Here we report the preliminary results of PanSeer, a noninvasive blood test based on circulating tumor DNA methylation, on TZL plasma samples from 605 asymptomatic individuals, 191 of whom were later diagnosed with stomach, esophageal, colorectal, lung or liver cancer within four years of blood draw. We also assay plasma samples from an additional 223 cancer patients, plus 200 primary tumor and normal tissues. We show that PanSeer detects five common types of cancer in 88% (95% CI: 80–93%) of post-diagnosis patients with a specificity of 96% (95% CI: 93–98%), We also demonstrate that PanSeer detects cancer in 95% (95% CI: 89–98%) of asymptomatic individuals who were later diagnosed, though future longitudinal studies are required to confirm this result. These results demonstrate that cancer can be non-invasively detected up to four years before current standard of care. Patients whose disease is diagnosed in its early stages have better outcomes. In this study, the authors develop a non invasive blood test based on circulating tumor DNA methylation that can potentially detect cancer occurrence even in asymptomatic patients.

Abstract Epigenetic alteration of tumor suppression gene is one of the most significant indicators in human esophageal squamous cell carcinoma (ESCC). In this study, we identified a novel ESCC hypermethylation biomarker ZNF132 by integrative computational analysis to comprehensive genome-wide DNA methylation microarray dataset. We validated the hypermethylation status of ZNF132 in 91 Chinese Han ESCC patients and adjacent normal tissues with methylation target bisulfite sequencing (MTBS) assay. Meanwhile, ZNF132 gene silencing mediated by hypermethylation was confirmed in both solid tissues and cancer cell lines. What is more, we found that in vitro overexpression of ZNF132 in ESCC cells could significantly reduce the abilities of the cell in growth, migration and invasion, and tumorigenicity of cells in a nude mouse model. We validated the Sp1-binding site in the ZNF132 promoter region with chromatin immunoprecipitation assay and demonstrated that the hypermethylation status could reduce the Sp1 transcript factor activity. Our results suggest that ZNF132 plays an important role in the development of ESCC as a tumor suppressor gene and support the underlying mechanism caused by the DNA hypermethylation-mediated Sp1-binding decay and gene silencing.

To date, most genome-wide association studies (GWAS) and studies of fine-scale population structure have been conducted primarily on Europeans. Han Chinese, the largest ethnic group in the world, composing 20% of the entire global human population, is largely underrepresented in such studies. A well-recognized challenge is the fact that population structure can cause spurious associations in GWAS. In this study, we examined population substructures in a diverse set of over 1700 Han Chinese samples collected from 26 regions across China, each genotyped at ∼160K single-nucleotide polymorphisms (SNPs). Our results showed that the Han Chinese population is intricately substructured, with the main observed clusters corresponding roughly to northern Han, central Han, and southern Han. However, simulated case-control studies showed that genetic differentiation among these clusters, although very small (FST = 0.0002 ∼0.0009), is sufficient to lead to an inflated rate of false-positive results even when the sample size is moderate. The top two SNPs with the greatest frequency differences between the northern Han and southern Han clusters (FST > 0.06) were found in the FADS2 gene, which associates with the fatty acid composition in phospholipids, and in the HLA complex P5 gene (HCP5), which associates with HIV infection, psoriasis, and psoriatic arthritis. Ingenuity Pathway Analysis (IPA) showed that most differentiated genes among clusters are involved in cardiac arteriopathy (p < 10−101). These signals indicating significant differences among Han Chinese subpopulations should be carefully explained in case they are also detected in association studies, especially when sample sources are diverse. To date, most genome-wide association studies (GWAS) and studies of fine-scale population structure have been conducted primarily on Europeans. Han Chinese, the largest ethnic group in the world, composing 20% of the entire global human population, is largely underrepresented in such studies. A well-recognized challenge is the fact that population structure can cause spurious associations in GWAS. In this study, we examined population substructures in a diverse set of over 1700 Han Chinese samples collected from 26 regions across China, each genotyped at ∼160K single-nucleotide polymorphisms (SNPs). Our results showed that the Han Chinese population is intricately substructured, with the main observed clusters corresponding roughly to northern Han, central Han, and southern Han. However, simulated case-control studies showed that genetic differentiation among these clusters, although very small (FST = 0.0002 ∼0.0009), is sufficient to lead to an inflated rate of false-positive results even when the sample size is moderate. The top two SNPs with the greatest frequency differences between the northern Han and southern Han clusters (FST > 0.06) were found in the FADS2 gene, which associates with the fatty acid composition in phospholipids, and in the HLA complex P5 gene (HCP5), which associates with HIV infection, psoriasis, and psoriatic arthritis. Ingenuity Pathway Analysis (IPA) showed that most differentiated genes among clusters are involved in cardiac arteriopathy (p < 10−101). These signals indicating significant differences among Han Chinese subpopulations should be carefully explained in case they are also detected in association studies, especially when sample sources are diverse.

Abstract It is critical to discover biomarkers for non-invasive evaluation of the levels of inflammation and oxidative stress in human body - two key pathological factors in numerous diseases. Our study has indicated keratin 1-based epidermal autofluorescence (AF) as a biomarker of this type: Inducers of both inflammation and oxidative stress dose-dependently increased epidermal green AF with polyhedral structure in mice, with the AF intensity being highly associated with the dosages of the inducers. Lung cancer also induced increased epidermal green AF of mice, which was mediated by inflammation. Significant and asymmetrical increases in green AF intensity with polyhedral structure were found in the Dorsal Index Fingers’ skin of acute ischemic stroke (AIS) patients. While the AF intensity of the subjects with high risk for developing AIS, ischemic stroke patients in recovery phase and lung cancer patients was significantly higher than that of healthy controls, both AF intensity and AF asymmetry of these four groups were markedly lower than those of the AIS patients, which have shown promise for AIS diagnosis. Several lines of evidence have indicated K1 as an origin of the AF, e.g., K1 siRNA administration attenuated the oxidative stress-induced AF increase of mice. Collectively, our study has indicated K1-based epidermal AF as a biomarker for non-invasive evaluation of the levels of inflammation and oxidative stress in the body. These findings have established a basis for novel keratin’s AF-based biomedical imaging technology for non-invasive, efficient and economic diagnosis and screening of such inflammation- and oxidative stress-associated diseases as AIS.

Electrohydrodynamic (EHD) direct-writing has recently gained attention as a highly promising additive manufacturing strategy for fabricating intricate micro/nanoscale architectures. This technique is particularly well-suited for mimicking the extracellular matrix (ECM) present in biological tissue, which serves a vital function in facilitating cell colonization, migration, and growth. The integration of EHD direct-writing with other techniques has been employed to enhance the biological performance of scaffolds, and significant advancements have been made in the development of tailored scaffold architectures and constituents to meet the specific requirements of various biomedical applications. Here, a comprehensive overview of EHD direct-writing is provided, including its underlying principles, demonstrated materials systems, and biomedical applications. A brief chronology of EHD direct-writing is provided, along with an examination of the observed phenomena that occur during the printing process. The impact of biomaterial selection and architectural topographic cues on biological performance is also highlighted. Finally, the major limitations associated with EHD direct-writing are discussed.

The genes of SPARC, CCR2, and SMAD3 are implicated in orchestrating inflammation and fibrosis in scleroderma and other fibrotic disorders. Aim of the studies was to examine synergistic effect of inhibition of these genes in treating fibrosis. Triple combination of siRNAs targeting on Sparc, Ccr2 and Smad3 achieved favorable anti-inflammatory and anti-fibrotic effects. Inhibition of inflammation was evidenced by reduced inflammatory cells and proinflammatory cytokines in the BALF and/or the tissues. Activation of fibroblasts was suppressed in mouse tissues in which α-Sma and collagens were significantly reduced. Aberrant expression of the genes in fibroblasts, monocytes/macrophage, endothelial and epithelial cells were reinstalled after the treatment. In addition, transcriptome profiles indicated that some bleomycin-induced alterations of multiple biological pathways were recovered to varying degrees by the treatment. The results indicated that the triple combination of siRNAs systemically reinstated multiple biopathways, probably through controlling on different cell types including fibroblasts, monocytes/macrophages, endothelial cells and others. The multi-target-combined therapeutic approach examined herein may represent a novel and effective therapy for fibrosis.

Background: Uric acid is the final product of purine metabolism and elevated serum urate levels can cause gout. Conflicting results were reported for the effect of PKD2 on serum urate levels and gout risk. Therefore, our study attempted to state the important role of PKD2 in influencing the pathogenesis of gout. Method: SNPs in PKD2 (s2725215 and rs2728121) and ABCG2 (rs2231137 and rs1481012) were tested in approximately 5,000 Chinese individuals. Results: Two epistatic interactions between loci in PKD2 (rs2728121) and ABCG2 (rs1481012 and rs2231137) showed distinct contributions to uric acid levels with Pint values of 0.018 and 0.004, respectively, and the associations varies by gender and BMI. The SNP pair of rs2728121 and rs1481012 justly played roles in uric acid in females (Pint = 0.006), while the other pair did in males (Pint = 0.017). Regarding BMI, the former SNP pair merely contributed in overweigh subjects (Pint = 0.022) and the latter one did in both normal and overweigh individuals (Pint = 0.013 and 0.047, respectively). Furthermore, the latter SNP pair was also associated with gout pathology (Pint = 0.001), especially in males (Pint = 0.001). Finally, functional analysis showed potential epistatic interactions in those genes region and PKD2 mRNA expression had a positive correlation with ABCG2's (r = 0.743, P = 5.83e-06). Conclusion: Our study for the first time identified that epistatic interactions between PKD2 and ABCG2 influenced serum urate concentrations and gout risk, and PKD2 might affect the pathogenesis from elevated serum urate to hyperuricemia to gout by modifying ABCG2.

Abstract Multiomics profiling is a powerful tool to characterize the same samples with complementary features orchestrating the genome, epigenome, transcriptome, proteome, and metabolome. However, the lack of ground truth hampers the objective assessment of and subsequent choice from a plethora of measurement and computational methods aiming to integrate diverse and often enigmatically incomparable omics datasets. Here we establish and characterize the first suites of publicly available multiomics reference materials of matched DNA, RNA, proteins, and metabolites derived from immortalized cell lines from a family quartet of parents and monozygotic twin daughters, providing built-in truth defined by family relationship and the central dogma. We demonstrate that the “ratio”-based omics profiling data, i.e ., by scaling the absolute feature values of a study sample relative to those of a concurrently measured universal reference sample, were inherently much more reproducible and comparable across batches, labs, platforms, and omics types, thus empower the horizontal (within-omics) and vertical (cross-omics) data integration in multiomics studies. Our study identifies “absolute” feature quantitation as the root cause of irreproducibility in multiomics measurement and data integration, and urges a paradigm shift from “absolute” to “ratio"-based multiomics profiling with universal reference materials.

Previous research reported that Papua New Guineans (PNG) and Australians contain introgressions from Denisovans. Here we present a genome-wide analysis of Denisovan introgressions in PNG and Australians. We firstly developed a two-phase method to detect Denisovan introgressions from whole-genome sequencing data. This method has relatively high detection power (79.74%) and low false positive rate (2.44%) based on simulations. Using this method, we identified 1.34 Gb of Denisovan introgressions from sixteen PNG and four Australian genomes, in which we identified 38,877 Denisovan introgressive alleles (DIAs). We found that 78 Denisovan introgressions were under positive selection. Genes located in the 78 introgressions are related to evolutionarily important functions, such as spermatogenesis, fertilization, cold acclimation, circadian rhythm, development of brain, neural tube, face, and olfactory pit, immunity, etc. We also found that 121 DIAs are missense. Genes harboring the 121 missense DIAs are also related to evolutionarily important functions, such as female pregnancy, development of face, lung, heart, skin, nervous system, and male gonad, visual and smell perception, response to heat, pain, hypoxia, and UV, lipid transport, metabolism, blood coagulation, wound healing, aging, etc. Taken together, this study suggests that Denisovan introgressions in PNG and Australians are evolutionarily important, and may help PNG and Australians in local adaptation. In this study, we also proposed a method that could efficiently identify archaic hominin introgressions in modern non-African genomes.