Abstract Blood vasculature represents a complex network of vessels with varying lengths and diameters that are precisely organized in space to allow proper tissue function. Light-sheet fluorescence microscopy (LSFM) is very useful to generate tomograms of tissue vasculature with high spatial accuracy. Yet, quantitative LSFM analysis is still cumbersome and available methods are restricted to single organs and advanced computing hardware. Here, we introduce VesselExpress, an automated software that reliably analyzes six characteristic vascular network parameters including vessel diameter in LSFM data on average computing hardware. VesselExpress is ~100 times faster than other existing vessel analysis tools, requires no user interaction, integrates batch processing, and parallelization. Employing an innovative dual Frangi filter approach we show that obesity induces a large-scale modulation of brain vasculature in mice and that seven other major organs differ strongly in their 3D vascular makeup. Hence, VesselExpress transforms LSFM from an observational to an analytical working tool.

Abstract Pyelonephritis (PN) is a frequent bacterial infection of the kidney and is often associated with severe diseases, organ loss and sepsis. Antibiotics are the cornerstone of therapy, however, increasing antibiotic resistance threatens therapy success and necessitates novel treatment strategies. Various proteins, such as antimicrobial peptides (AMPs), are key molecules of the innate immune response and insights into their regulation may help overcome multi-drug resistance and severe diseases. Using label-free liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), several cellular, biological, and metabolic processes important for the antimicrobial response were identified, including a significant increase in previously undescribed proteins in human PN with antimicrobial function. Among others, we observed elevation of AMPs, such as calprotectin, azurocidin-1, and cathepsin G in the kidney, which we validated in the urine. Additionally, we observed a negative correlation of azurocidin-1 with plasma levels of C-reactive protein suggesting that the presence in the kidney may protect from severe diseases and systemic inflammation. This study represents the first renal proteomic dataset of human PN, enabling novel insights into the expression of AMPs in the context of PN. Lay Summary Growing antimicrobial resistance necessitates a better understanding of the expression of proteins that are critical for the immune response. Using mass spectrometry we identified AMPs in the kidney and urine of PN patients. Elevated levels of the AMP azurocidin-1 was associated with reduced systemic inflammation, indicated by lower C-reactive protein. Overall, this study identified expression of previously undescribed AMPs in the context of human PN. These proteins may play a pivotal role in protection from severe diseases and systemic inflammation.

Abstract Background Stimulation of ventricular hypertrophy and heart rate are two major cardiac effects of thyroid hormone (TH). Aim of this study was to determine in vivo which TH receptor (TR), α or β, and which mode of TR action, canonical gene expression or DNA-binding independent noncanonical action, mediate these effects. Material and methods We compared global TRα and TRβ knockout mice (TRα KO ; TRβ KO ) with WT mice to determine the TR isoform responsible for T3 effects. The relevance of TR DNA- binding was studied in mice with a mutation in the DNA-binding domain that selectively abrogates DNA binding and canonical TR action (TRα GS ; TRβ GS ). Hearts were studied with echocardiography at baseline and after seven weeks T3-treatment. Gene expression was measured with real-time PCR. Heart rate was recorded with radiotelemetry transmitters for seven weeks in untreated, hypothyroid and T3-treated mice. Results T3 induced ventricular hypertrophy in WT and TRβ KO mice, but not in TRα KO mice. Hypertrophy was also induced in TRα GS mice. Thus, hypertrophy is mostly mediated by noncanonical TRα action. Similarly, repression of Mhy7 occurred in WT and TRα GS mice. Basal heart rate was largely dependent on canonical TRα action. But responsiveness to hypothyroidism and T3-treatment as well as expression of pacemaker gene Hcn2 were still preserved in TRα KO mice, demonstrating that TRβ could compensate for absence of TRα. Conclusion T3-induced cardiac hypertrophy could be attributed to noncanonical TRα action, whereas heart rate regulation was mediated by canonical TRα action. TRβ could substitute for canonical, but not noncanonical TRα action.

Evaluation of microvascular networks was impeded until recently by the need of histological tissue sectioning, which precluded 3D analyses. Using light-sheet microscopy, we investigated microvascular network characteristics in the peri-infarct cortex of mice 3–56 days after transient middle cerebral artery occlusion. In animal subgroups, the sphingosine-1-phosphate analog FTY720 (Fingolimod) was administered starting 24 hours post-ischemia. Light-sheet microscopy revealed a striking pattern of microvascular changes in the peri-infarct cortex, that is, a loss of microvessels, which was most prominent after 7 days and followed by the reappearance of microvessels over 56 days which revealed an increased branching point density and shortened branches. Using a novel AI-based image analysis algorithm we found that the length density of microvessels expressing the arterial specification marker α-smooth muscle actin markedly increased in the peri-infarct cortex already at 7 days post-ischemia. The length and branch density of small microvessels, but not of intermediate or large microvessels increased above pre-ischemic levels within 14–56 days. FTY720 increased the length and branch density of small microvessels. This study demonstrates long-term alterations of microvascular architecture post-ischemia indicative of increased collateralization most notably of small microvessels. Light-sheet microscopy will greatly advance the assessment of microvascular responses to restorative stroke therapies.

Multimodal imaging by matrix-assisted laser desorption ionisation mass spectrometry imaging (MALDI MSI) and immunofluorescence microscopy holds great potential for understanding pathological mechanisms by mapping molecular signatures from the tissue microenvironment to specific cell populations. However, existing open-source software solutions for analysis of MALDI MSI data are incomplete, require programming skills and contain laborious manual steps, hindering broadly applicable, reproducible, and high-throughput analysis to generate impactful biological discoveries across interdisciplinary research fields. Here we present msiFlow, an accessible open-source, platform-independent and vendor-neutral software for end-to-end, high-throughput, transparent and reproducible analysis of multimodal imaging data. msiFlow integrates all necessary steps from import and pre-processing of raw MALDI MSI data to visual analysis output, as well as registration, along with state-of-the-art and newly developed algorithms, into automated workflows. Using msiFlow, we unravel the molecular heterogeneity of leukocytes in infected tissues by spatial regulation of ether-linked phospholipids containing arachidonic acid. We anticipate that msiFlow will facilitate the broad applicability of MSI in the emerging field of multimodal imaging to uncover context-dependent cellular regulations in disease states.