Chondrocytes within the fracture callus transform into osteoblasts during bone regeneration, but the molecular mechanisms regulating this process are unknown. Wnt ligands are expressed within the fracture callus, and hypertrophic chondrocytes undergoing transformation to osteoblasts exhibit nuclear localization of β-catenin, indicating active Wnt signaling in these cells. Here, we show that conditional knock out (cKO) of β-catenin in chondrocytes inhibits the transformation of chondrocytes to osteoblasts, while stabilization of β-catenin in chondrocytes accelerates this process. After cKO, chondrocyte-derived cells were located in the bone marrow cavity and upon re-fracture formed cartilage. Lineage tracing in wild type mice revealed that in addition to osteoblasts, chondrocytes give rise to stem cells that contribute to repair of subsequent fractures. These data indicate that Wnt signaling directs cell fate choices of chondrocytes during fracture healing by stimulating transformation of chondrocytes to osteoblasts, and provide a framework for developing Wnt-therapies to stimulate repair.

Abstract Background Asthma, an inflammatory disorder of the airways, is the most common chronic disease of children worldwide. There are significant racial/ethnic disparities in asthma prevalence, morbidity and mortality among U.S. children. This trend is mirrored in obesity, which may share genetic and environmental risk factors with asthma. The majority of asthma biomedical research has been performed in populations of European decent. Objective We sought to identify genetic risk factors for asthma in African American children. We also assessed the generalizability of genetic variants associated with asthma in European and Asian populations to African American children. Methods Our study population consisted of 1227 (812 asthma cases, 415 controls) African American children with genome-wide single nucleotide polymorphism (SNP) data. Logistic regression was used to identify associations between SNP genotype and asthma status. Results We identified a novel variant in the PTCHD3 gene that is significantly associated with asthma (rs660498, p = 2.2 x10-7) independent of obesity status. Fewer than 5% of previously reported asthma genetic associations identified in European populations replicated in African Americans. Conclusions Our identification of novel variants associated with asthma in African American children, coupled with our inability to replicate the majority of findings reported in European Americans, underscores the necessity for including diverse populations in biomedical studies of asthma.

There are currently no standardized methods for monitoring fracture healing. While histological studies can clearly identify the tissues found in the four stages of repair, in practice surgeons rely on X-ray, which is only useful at later stages of healing after mineralization has occurred. As electrical impedance spectroscopy (EIS) has previously been used to distinguish tissue types during healing, we hypothesized that microscale sensors embedded in the fracture callus could track the changing tissue with high sensitivity. Using in vivo mouse fracture models, we present the first evidence that microscale instrumented implants provide a route for post-operative fracture monitoring. In this study, we implanted sensors in mouse long bone fractures fixed with either external fixators or bone plates. EIS measurements taken across two electrodes implanted in the fracture gap were able to track longitudinal differences between individual mice with proper healing and mice experiencing poor healing. We additionally present an equivalent circuit model that combines the EIS data in order to classify healing states of fractures. Lastly, we show that EIS measures are strongly correlated with standard μCT measures of healing and that these correlations validate clinically-relevant operating frequencies for implementation of this technique. The data from these two models demonstrate that this technique can be translated to the clinic through integration into current fracture management strategies such as bone plating, providing physicians with quantitative information about the state of a fracture to guide clinical decision-making for patients.

The elderly population suffers from higher rates of complications during fracture healing that result in increased morbidity and mortality. Inflammatory dysregulation is associated with increased age and is a contributing factor to the myriad of age-related diseases. Therefore, we investigated age-related changes to an important cellular regulator of inflammation, the macrophage, and the impact on fracture healing outcomes. We demonstrated that old mice (24 months) have delayed fracture healing with significantly less bone and more cartilage compared to young mice (3 months). The quantity of infiltrating macrophages into the fracture callus was similar in old and young mice. However, RNA-seq analysis demonstrated distinct differences in the transcriptomes of macrophages derived from the fracture callus of old and young mice, with an upregulation of M1/pro-inflammatory genes in macrophages from old mice as well as dysregulation of other immune-related genes. Preventing infiltration of the fracture site by macrophages in old mice improved healing outcomes, with significantly more bone in the calluses of treated mice compared to age-matched controls. After preventing infiltration by macrophages, the macrophages within the fracture callus were collected and examined via RNA-seq analysis, and their transcriptome resembled macrophages from young calluses. Taken together, infiltrating macrophages from old mice demonstrate detrimental age-related changes, and depleting infiltrating macrophages can improve fracture healing in old mice.

Background: Asthma is one of the leading chronic illnesses among children in the United States. Asthma prevalence is higher among African Americans (11.2%) compared to European Americans (7.7%). Bronchodilator medications are part of the first-line therapy, and the rescue medication, for acute asthma symptoms. Bronchodilator drug response (BDR) varies substantially among different racial/ethnic groups. Asthma prevalence in African Americans is only 3.5% higher than that of European Americans, however, asthma mortality among African Americans is four times that of European Americans; variation in BDR may play an important role in explaining this health disparity. To improve our understanding of disparate health outcomes in complex phenotypes such as BDR, it is important to consider interactions between environmental and biological variables. Results: We evaluated the impact of pairwise and three-variable interactions between environmental, social, and biological variables on BDR in 617 African American youth with asthma using Visualization of Statistical Epistasis Networks (ViSEN). ViSEN is a non-parametric entropy-based approach able to identify interaction effects. We performed analyses in the full dataset and in sex-stratified subsets. Analysis in the full dataset identified six significant interactions associated with BDR, the strongest of which was an interaction between prenatal smoke exposure, age, and global African ancestry (IG: 1.09%, p=0.005). Sex-stratified analyses yielded additional significant, but divergent, results for females and males, indicating the presence of sex-specific effects. Conclusions: Our study identified novel interaction effects significantly influencing BDR in African American children with asthma. Notably, we found that the impact of higher-order interactions was greater than that of pairwise or main effects on BDR highlighting the complexity of the network of genetic and environmental factors impacting this phenotype. Several associations uncovered by ViSEN would not have been detected using regression-based methods emphasizing the importance of employing statistical methods optimized to detect both linear and non-linear interaction effects when studying complex phenotypes such as BDR. The information gained in this study increases our understanding and appreciation of the complex nature of the interactions between environmental and health-related factors that influence BDR and will be invaluable to biomedical researchers designing future studies.