We present a global atlas of 4,728 metagenomic samples from mass-transit systems in 60 cities over 3 years, representing the first systematic, worldwide catalog of the urban microbial ecosystem. This atlas provides an annotated, geospatial profile of microbial strains, functional characteristics, antimicrobial resistance (AMR) markers, and genetic elements, including 10,928 viruses, 1,302 bacteria, 2 archaea, and 838,532 CRISPR arrays not found in reference databases. We identified 4,246 known species of urban microorganisms and a consistent set of 31 species found in 97% of samples that were distinct from human commensal organisms. Profiles of AMR genes varied widely in type and density across cities. Cities showed distinct microbial taxonomic signatures that were driven by climate and geographic differences. These results constitute a high-resolution global metagenomic atlas that enables discovery of organisms and genes, highlights potential public health and forensic applications, and provides a culture-independent view of AMR burden in cities.

Abstract An aged circulatory environment can promote brain dysfunction and we hypothesized that the blood-brain barrier (BBB) mediates at least some of these effects. We observe brain endothelial cells (BECs) in the aged mouse hippocampus express an inflammatory transcriptional profile with focal upregulation of Vascular Cell Adhesion Molecule 1 (VCAM1), a protein that facilitates vascular-immune cell interactions. Concomitantly, the shed, soluble form of VCAM1 is prominently increased in the aged circulation of humans and mice, and aged plasma is sufficient to increase VCAM1 expression in cultured BECs and young mouse hippocampi. Systemic anti-VCAM1 antibody or genetic ablation of VCAM1 in BECs counteracts the detrimental effects of aged plasma on young brains and reverses aging aspects in old mouse brains. Thus, VCAM1 is a negative regulator of adult neurogenesis and inducer of microglial reactivity, establishing VCAM1 and the luminal side of the BBB as possible targets to treat age-related neurodegeneration.

Abstract Allergic disorders are common diseases marked by the abnormal immune response towards foreign antigens that are not pathogens. Often patients with food allergy also suffer from asthma and eczema. Given the similarities of these diseases and a shortage of effective treatments, developing novel therapeutics against common targets of multiple allergies would offer an efficient and cost-effective treatment for patients. Herein, we employed the artificial intelligence-driven target discovery platform, PandaOmics, to identify common targets for treating asthma, eczema, and food allergy. Thirty-two case-control comparisons were generated from 15, 11, and 6 transcriptomics datasets related to asthma (558 cases, 315 controls), eczema (441 cases, 371 controls), and food allergy (208 cases, 106 controls) respectively, and allocated into three meta-analyses for target identification. Top-100 high-confidence targets and Top-100 novel targets were prioritized by PandaOmics for each allergic disease. Six common high-confidence targets (i.e., IL4R , IL5 , JAK1 , JAK2 , JAK3 , and NR3C1 ) across all three allergic diseases have approved drugs for treating asthma and eczema. Based on the targets’ dysregulated expression profiles and their mechanism of action in allergic diseases, three potential therapeutic targets were proposed. IL5 was selected as a high-confidence target due to its strong involvement in allergies. PTAFR was identified for drug repurposing, while RNF19B was selected as a novel target for therapeutic innovation. Analysis of the dysregulated pathways commonly identified across asthma, eczema, and food allergy revealed the well-characterized disease signature and novel biological processes that may underlie the pathophysiology of allergies. Altogether, our study dissects the shared pathophysiology of allergic disorders and reveals the power of artificial intelligence in the exploration of novel therapeutic targets.

Expansion of repeat sequences within the human genome can lead to disease pathogenesis, such as Huntington9s Disease, primarily affecting the nervous system. Genome-wide association studies (GWAS) of age-at-onset in Huntington9s disease (HD) patients demonstrated DNA mismatch repair (MMR) genes are modifiers of somatic expansion and may be potential therapeutic targets for repeat expansion (RE) disorders. FAN1, a Fanconi anemia-associated nuclease, has been reported as an influencer of repeat expan-sion in the RE mouse models. Here, we show the first demonstration that FAN1 knock-out in HD patient-derived fibroblasts and results in increased CAG repeat length. We also develop a robust novel cell-based platform using stem cell technology to produce the HD patients9 iPSC-derived astrocytes (iAstro). This platform is a disease-relevant system and has a significantly wider assay window, making it more suitable to assess the effect of gene modulation on CAG repeats. A substantial and exponential increase in repeat instability was exhibited in this HD patient9s iPSC-derived astrocytes platform. Over-expression of FAN1 protein via FAN1 plasmid transfection in this platform reduced CAG repeat instability, suggesting that upregulation of FAN1 protein may have a potential protective effect in CAG repeat expansion for a therapeutic setting. We leveraged the mRNA-LNP modality to enhance FAN1 protein expression and revealed that codon-optimized FAN1 mRNA-LNP robustly prevented increased CAG repeat in HD patients9 iPSC-derived astrocytes platform. The data from these cell-based platforms highlight that FAN1 plays a protective role in attenuating expanded somatic HTT CAG repeats and shed light on new therapeutic directions against repeat expansion disorders.

Abstract Genetic activation of the hypoxia response robustly extends lifespan in C. elegans , while environmental hypoxia shows more limited benefit. Here we describe an intermittent hypoxia therapy (IHT) able to double the lifespan of wildtype worms. The lifespan extension observed in IHT does not require HIF-1 but is partially blocked by loss of DAF-16/FOXO. RNAseq analysis shows that IHT triggers a transcriptional state distinct from continuous hypoxia and affects down-stream genes of multiple longevity pathways. We performed a temperature sensitive forward genetic screen to isolate mutants with delayed nuclear localization of DAF-16 in response to IHT and suppression of IHT longevity. One of these mutations mapped to the enzyme Inositol Polyphosphate MultiKinase (IPMK-1). ipmk-1 mutants, like daf-16 mutants, partially suppress the benefits of IHT, while other effectors of phosphatidyl inositol signaling pathways (PLCβ4, IPPK, Go/iα) more robustly suppress IHT longevity. One-Sentence Summary Intermittent hypoxia therapy is frequency dependent, HIF independent, and requires FOXO, PLCβ, Go/iα, IPMK, and IPPK.

Abstract SARS-CoV-2 infections elicit both humoral and cellular immune responses. For the prevention and treatment of COVID19, the disease caused by SARS-CoV-2, it has become increasingly apparent that T cell responses are equally, if not more important than humoral responses in mediating recovery and immune-protection. One of the major challenges in developing T cell-based therapies for infectious and malignant diseases has been the identification of immunogenic epitopes that can elicit a meaningful T cell response. Traditionally, this has been achieved using sophisticated in silico methods to predict putative epitopes deduced from binding affinities and consensus data. Our studies find that, in contrast to current dogma, ‘immunodominant’ SARS-CoV-2 peptides defined by such in silico methods often fail to elicit T cell responses recognizing naturally presented SARS-CoV-2 epitopes.