Fibrosis is the final common pathway leading to end-stage renal failure. By analyzing the kidneys of patients and animal models with fibrosis, we observed a significant mitochondrial defect, including the loss of the mitochondrial transcription factor A (TFAM) in kidney tubule cells. Here, we generated mice with tubule-specific deletion of TFAM (Ksp-Cre/Tfamflox/flox). While these mice developed severe mitochondrial loss and energetic deficit by 6 weeks of age, kidney fibrosis, immune cell infiltration, and progressive azotemia causing death were only observed around 12 weeks of age. In renal cells of TFAM KO (knockout) mice, aberrant packaging of the mitochondrial DNA (mtDNA) resulted in its cytosolic translocation, activation of the cytosolic cGAS-stimulator of interferon genes (STING) DNA sensing pathway, and thus cytokine expression and immune cell recruitment. Ablation of STING ameliorated kidney fibrosis in mouse models of chronic kidney disease, demonstrating how TFAM sequesters mtDNA to limit the inflammation leading to fibrosis.

Drug development for systemic sclerosis (SSc) benefits from understanding the relationship between disease and circulating biomarkers to enable activities such as patient stratification and evaluation of therapeutic response. We measured biomarkers in serum from SSc patients from a phase 3 trial of tocilizumab (focuSSced) and compared baseline levels with healthy controls (HCs). Several baseline biomarkers appeared elevated in SSc patients compared to HCs, suggesting activation of epithelial damage, inflammation, fibrosis, and extracellular matrix (ECM) remodeling. Baseline correlations among both periostin/COMP and ECM biomarker subsets implicated their participation in fibroblast activation. Tocilizumab treatment modulated serum biomarkers of macrophage activation, inflammation, and ECM turnover, including collagen formation and degradation neoepitopes. Baseline CRP, periostin, and SP-D showed prognostic trends for worsening lung function, and IL-6, COMP, periostin, and Pro-C3 showed prognostic trends for worsening skin thickness. These prognostic results warrant confirmation in additional patient cohorts to verify their utility.

Abstract Chronic kidney disease (CKD) remains a major epidemiological, clinical and biomedical challenge. During CKD, renal tubular epithelial cells (TECs) suffer a persistent inflammatory and profibrotic response. Fatty acid oxidation (FAO), the main source of energy for TECs, is reduced in kidney fibrosis and contributes to its pathogenesis. To determine if FAO gain-of-function (FAO-GOF) could protect from fibrosis, we generated a conditional transgenic mouse model with overexpression of the fatty acid shuttling enzyme carnitine palmitoyl-transferase 1 A (CPT1A) in TECs. Cpt1a knock-in (CPT1A KI) mice subjected to three different models of renal fibrosis (unilateral ureteral obstruction, folic acid nephropathy-FAN and adenine induced nephrotoxicity) exhibited decreased expression of fibrotic markers, a blunted pro-inflammatory response and reduced epithelial cell damage and macrophage influx. Protection from fibrosis was also observed when Cpt1a overexpression was induced after FAN. FAO-GOF restituted oxidative metabolism and mitochondrial number and enhanced bioenergetics increasing palmitate oxidation and ATP levels, changes also recapitulated in TECs exposed to profibrotic stimuli. Studies in patients evidenced decreased CPT1 levels and increased accumulation of short and middle chain acyl-carnitines, reflecting impaired FAO in human CKD. We propose that strategies based on FAO-GOF may constitute powerful alternatives to combat fibrosis inherent to CKD. Graphical abstract Overexpression of CPT1A impedes tubular epithelial renal cell dedifferentiation and a pro-fibrotic phenotype by restoring mitochondrial metabolic bioenergetics.

Abstract Kidney disease development is poorly understood due to the complex cellular interactions of more than 25 different cell types, each with specialized functions. Here, we used single cell RNA-sequencing to resolve cell type-specific and cell fraction changes in kidney disease. Whole kidney RNA-sequencing results were strongly influenced by cell fraction changes, but minimally informative to detect cell type-specific gene expression changes. Cell type-specific differential expression analysis identified proximal tubule cells (PT cells) as the key vulnerable cell type in diseased kidneys. Through unbiased cell trajectory analyses, we show that PT cell differentiation state is altered in disease state. Lipid metabolism (fatty acid oxidation and oxidative phosphorylation) in PT cells showed the strongest and reproducible association with PT cells state. The coupling of cell state and metabolism is established by nuclear receptors such as PPARA and ESRRA that not only control cellular metabolism but also the expression of PT cell-specific genes in mice and patient samples.

Abstract The functional interpretation of GWAS remains challenging due to cell-type dependent influences of genetic variants. Here, we generated comprehensive maps of expression quantitative trait loci (eQTL) for 659 microdissected human kidney samples and identified cell-type eQTLs by mapping interactions between cell type abundance and genotype. Separately, we generated single cell open chromatin maps (by snATAC-seq) for human kidney samples. We highlight critical enrichment of proximal tubules in kidney function and endothelial cells and distal tubule segments in blood pressure by partitioning heritability using stratified LD-score regression to integrate GWAS with scRNA-seq and snATAC-seq data. Bayesian colocalization analysis nominated more than 200 genes for kidney function and hypertension. Our study clarifies the mechanism of the most commonly used antihypertensive and renal protective drugs and identifies drug repurposing opportunities for kidney disease. One Sentence Summary We define causal cell types, genes and mechanism for kidney dysfunction.

This study was conducted to explore the contrast between hazard-based and risk-based assessments of food safety through a case study of the food ingredient titanium dioxide. Based on a hazard-based assessment, titanium dioxide has been banned by the European Food Safety Authority. In contrast, the ingredient is allowed within the limits set by the U.S. Food and Drug Administration. We addressed the following question: How do American consumers describe their perception of threat, or lack thereof, posed by titanium dioxide when informed or reminded that the color additive is common in the United States but banned in the European Union? Focus group participants shared their reactions to a brief video reviewing the titanium dioxide issue. These consumers were comfortable with a risk-based assessment, acknowledging that the potential for harm is low. Participants also identified a paradoxical situation in which they were overwhelmed or desensitized by the wealth of information about the many potential hazards they face yet were disappointed by the lack of actionable information available. Based on these findings, practitioners of risk communication in the food industry would likely benefit from transparency by agencies regarding the distinction between hazard and risk when communicating about food safety policies. Dialogue among agencies such as the European Food Safety Authority and the U.S. Food and Drug Administration could help fill the information gap perceived by the study participants.