Stem cell therapy has emerged as a promising tool for the treatment of a variety of diseases. Previously, we have shown that Akt-modified mesenchymal stem cells mediate tissue repair through paracrine mechanisms. Using a comprehensive functional genomic strategy, we show that secreted frizzled related protein 2 (Sfrp2) is the key stem cell paracrine factor that mediates myocardial survival and repair after ischemic injury. Sfrp2 is known to modulate Wnt signaling, and we demonstrate that cardiomyocytes treated with secreted frizzled related protein increase cellular β-catenin and up-regulate expression of antiapoptotic genes. These findings reveal the key role played by Sfrp2 in mediating the paracrine effects of Akt-mesenchymal stem cells on tissue repair and identify modulation of Wnt signaling as a therapeutic target for heart disease.

We previously reported that intramyocardial injection of bone marrow-derived mesenchymal stem cells overexpressing Akt (MSC-Akt) efficiently repaired infarcted rat myocardium and improved cardiac function. Controversy still exists over the mechanisms by which MSC contribute to tissue repair. Herein, we tested if cellular fusion of MSC plays a determinant role in cardiac repair. We injected MSC expressing Cre recombinase, with or without Akt, into Cre reporter mice. In these mice, LacZ is expressed only after Cre-mediated excision of a loxP-flanked stop signal and is indicative of fusion. MSC engraftment within infarcted myocardium was transient but significantly enhanced by Akt. MSC fusion with cardiomyocytes was observed as early as 3 days, but was infrequent, and we found a low rate of differentiation of MSC into cardiomyocytes. MSC-Akt decreased infarct size at 3 days and restored early cardiac function. In conclusion, MSC-Akt improved early repair despite transient engraftment, low levels of cellular fusion, and differentiation. These new observations further confirm our recently reported data that early paracrine mechanisms mediated by MSC are responsible for enhancing the survival of existing myocytes and that Akt could alter the secretion of various cytokines and growth factors.

Background— Recent studies have identified cardiomyocytes of extracardiac origin in transplanted human hearts, but the exact origin of these myocyte progenitors is currently unknown. Methods and Results— Hearts of female subjects (n=4) who had undergone sex-mismatched bone marrow transplantation (BMT) were recovered at autopsy and analyzed for the presence of Y chromosome–positive cardiomyocytes. Four female gender-matched BMT subjects served as controls. Fluorescence in situ hybridization (FISH) for the Y chromosome was performed on paraffin-embedded sections to identify cells of bone marrow origin with concomitant immunofluorescent labeling for α-sarcomeric actin to identify cardiomyocytes. A total of 160 000 cardiomyocyte nuclei were analyzed approximating 20 000 nuclei per patient. The mean percentage of Y chromosome–positive cardiomyocytes in patients with sex-mismatched BMT was 0.23±0.06%. Not a single Y chromosome–positive cardiomyocyte was identified in any of the control patients. Immunofluorescent costaining for laminin and chromosomal ploidy analysis with FISH showed no evidence of either pseudonuclei or cell fusion in any of the chimeric cardiac myocytes identified. Conclusions— These data establish for the first time human bone marrow as a source of extracardiac progenitor cells capable of de novo cardiomyocyte formation.

The lncRNA Chaer controls hypertrophic heart growth by binding to and interfering with the function of the epigenetic regulator PRC2. Epigenetic reprogramming is a critical process of pathological gene induction during cardiac hypertrophy and remodeling, but the underlying regulatory mechanisms remain to be elucidated. Here we identified a heart-enriched long noncoding (lnc)RNA, named cardiac-hypertrophy-associated epigenetic regulator (Chaer), which is necessary for the development of cardiac hypertrophy. Mechanistically, Chaer directly interacts with the catalytic subunit of polycomb repressor complex 2 (PRC2). This interaction, which is mediated by a 66-mer motif in Chaer, interferes with PRC2 targeting to genomic loci, thereby inhibiting histone H3 lysine 27 methylation at the promoter regions of genes involved in cardiac hypertrophy. The interaction between Chaer and PRC2 is transiently induced after hormone or stress stimulation in a process involving mammalian target of rapamycin complex 1, and this interaction is a prerequisite for epigenetic reprogramming and induction of genes involved in hypertrophy. Inhibition of Chaer expression in the heart before, but not after, the onset of pressure overload substantially attenuates cardiac hypertrophy and dysfunction. Our study reveals that stress-induced pathological gene activation in the heart requires a previously uncharacterized lncRNA-dependent epigenetic checkpoint.

SARS-CoV-2, responsible for the COVID-19 pandemic, causes respiratory failure and damage to multiple organ systems. The emergence of viral variants poses a risk of vaccine failures and prolongation of the pandemic. However, our understanding of the molecular basis of SARS-CoV-2 infection and subsequent COVID-19 pathophysiology is limited. In this study, we have uncovered a critical role for the evolutionarily conserved Hippo signaling pathway in COVID-19 pathogenesis. Given the complexity of COVID-19 associated cell injury and immunopathogenesis processes, we investigated Hippo pathway dynamics in SARS-CoV-2 infection by utilizing COVID-19 lung samples, and human cell models based on pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (PSC-CMs) and human primary lung air-liquid interface (ALI) cultures. SARS-CoV-2 infection caused activation of the Hippo signaling pathway in COVID-19 lung and in vitro cultures. Both parental and Delta variant of concern (VOC) strains induced Hippo pathway. The chemical inhibition and gene knockdown of upstream kinases MST1/2 and LATS1 resulted in significantly enhanced SARS-CoV-2 replication, indicating antiviral roles. Verteporfin a pharmacological inhibitor of the Hippo pathway downstream transactivator, YAP, significantly reduced virus replication. These results delineate a direct antiviral role for Hippo signaling in SARS-CoV-2 infection and the potential for this pathway to be pharmacologically targeted to treat COVID-19.

Abstract Treatment-refractory glioma stem and tumor cells exhibit phenotypic plasticity driving recurrence, but the underlying molecular mechanisms remain to be elucidated. Here, we employed single-cell and whole transcriptomic analyses to discover that radiation induces a dynamic shift in functional states of glioma cells allowing for acquisition of vascular endothelial-like and pericyte-like cell phenotypes. These vascular-like cells provide a trophic niche to promote proliferation of irradiated glioma cells, and their selective depletion results in reduced tumor growth post-treatment in vivo . Mechanistically, the acquisition of vascular-like phenotype is driven by increased chromatin accessibility and H3K27 acetylation in specific vascular gene regions post-treatment. Blocking P300 histone acetyltransferase activity reverses the epigenetic changes induced by radiation, and inhibits the phenotypic transition and tumor growth. Our findings highlight an important role for P300 histone acetyltransferase in treatment-induced plasticity and opens a new therapeutic avenue for preventing glioma recurrence. Significance Our study demonstrates that radiation therapy promotes glioma resistance by inducing vascular-like phenotypes in GSC that, in turn, aid in proliferation of the remaining tumor cells. This phenotype switch is mediated by P300 HAT, and inhibition of this enzyme is a potential therapeutic target for preventing glioma recurrence following radiation.

Mapping cellular activities over large areas is crucial for understanding the collective behaviors of multicellular systems. Biomechanical properties, such as cellular traction force, serve as critical regulators of physiological states and molecular configurations. However, existing technologies for mapping large-area biomechanical dynamics are limited by the small field of view and scanning nature. To address this, we propose a novel platform that utilizes a vast number of optical diffractive elements for mapping large-area biomechanical dynamics. This platform achieves a field-of-view of 10.6 mm X 10.6 mm, a three-orders-of-magnitude improvement over traditional traction force microscopy. Transient mechanical waves generated by monolayer neonatal rat ventricular myocytes were captured with high spatiotemporal resolution (130 fps and 20 µm for temporal and spatial resolution, respectively). Furthermore, its label-free nature allows for long-term observations extended to a week, with minimal disruption of cellular functions. Finally, simultaneous measurements of calcium ions concentrations and biomechanical dynamics are demonstrated.

Kidney fibrosis determines clinical outcomes in individuals with chronic kidney disease (CKD). The stoichiometric ratio of collagens in renal scar differs from that of healthy kidney extracellular matrix (ECM), but the functional importance of altered collagen types in injured kidneys remains unclear. Using human population studies, we show that circulating protein and renal mRNA amounts of collagen V A1 (COL5A1) exhibited associations with kidney disease and incident CKD risk. We show that Col5a1 regulates the degree of postinjury fibrosis and renal function. Mice with conditionally knocked out Col5a1 ( Col5a1 CKO) exhibited decreased renal function and greater renal fibrosis after dietary adenine- or ureteric obstruction–mediated kidney injury. Renal fibroblasts in Col5a1 CKO animals up-regulated the profibrotic αvβ3 integrin. Inhibition of αvβ3 signaling with a small molecule, cilengitide, rescued postinjury renal function in Col5a1 CKO animals. Using the hybrid mouse diversity panel that comprises 100 diverse inbred strains of mice, we observed that gene expression of Col5a1 after injury exhibited genetic variation across 100 strains. Strains with low Col5a1 expression after injury exhibited worse renal function compared with animals that had higher degrees of expression. We next measured Col5a1 expression in peripheral blood mononuclear cells in mice to identify nonresponder strains that did not have increased Col5a1 expression after kidney injury. We observed that administration of cilengitide in nonresponder strains significantly rescued postinjury renal fibrosis and function. These studies point to the feasibility of precision medicine approaches to target Col5a1 for enhancing renal repair.