The normal developmental sequence in a grass grain entails the death of several maternal and filial tissues in a genetically regulated process termed programmed cell death (PCD). The progression and molecular aspects of PCD in developing grain have been reported for domesticated species like barley, rice, maize and wheat. Here, we report a detailed investigation of PCD in the developing grain of a wild model species, Brachypodium distachyon. We detected PCD in developing Brachypodium grains using molecular and histological approaches. We also identified and surveyed the expression of Brachypodium orthologs of protease genes known to contribute to grain PCD. We found that Brachypodium nucellus degenerates by PCD in a centrifugal pattern following anthesis, although at a slower rate compared to cultivated cereals. Mesocarp PCD was not coordinated with endosperm development. Brachypodium lacks an expansion of vacuolar processing enzymes known for their roles in nucellar PCD. Combined with existing knowledge on grain PCD, our study suggests the importance of rapid nucellar PCD for grain size and that the pattern of mesocarp PCD affects grain shape.

Abstract Vascular smooth muscle cell (VSMC) proliferation, migration, and apoptosis play important roles in many physiological processes and pathological conditions. To identify genetic influences on VSMC behavior, we measured these traits and undertook genome-wide association studies in primary umbilical artery-derived VSMCs from >2000 individuals. Although there were no genome-wide significant associations for VSMC proliferation or migration, genetic variants at two genomic loci (7p15.3 and 7q32.3) showed highly significant associations with VSMC apoptosis ( P = 1.95 × 10 −13 and P = 7.47 × 10 −9 , respectively). The lead variant at the 7p51.3 locus was associated with increased expression of the GSDME and PALS2 genes in VSMCs. Knockdown of GSDME or PALS2 in VSMCs attenuated apoptotic cell death. A protein co-immunoprecipitation assay indicated that GSDME complexed with PALS2. PALS2 knockdown attenuated activated caspase-3 and GSDME fragmentation, whilst GSDME knockdown also reduced activated caspase-3. These findings provide new insights into the genetic regulation of VSMC apoptosis, with potential utility for therapeutic development.

Mutations at the LYS3 locus in barley have multiple effects on grain development, including an increase in embryo size and a decrease in endosperm starch content. The gene underlying LYS3 was identified by genetic mapping and mutations in this gene were identified in all four barley lys3 alleles. LYS3 encodes a transcription factor called Prolamin Binding Factor (PBF). Its role in controlling embryo size was confirmed using wheat TILLING mutants. To understand how PBF controls embryo development, we studied its spatial and temporal patterns of expression in developing grains. The PBF gene is expressed in both the endosperm and the embryos, but the timing of expression in these organs differs. PBF expression in wild-type embryos precedes the onset of embryo enlargement in lys3 mutants, suggesting that PBF suppresses embryo growth. We predicted the down-stream target genes of PBF in wheat and found them to be involved in a wide range of biological processes, including organ development and starch metabolism. Our work suggests that PBF may influence embryo size and endosperm starch synthesis via separate gene control networks.

Abstract A significant portion of the RNA produced from the human genome consists of long non-coding RNAs (lncRNAs). These molecules tend to have lower levels of expression, are more specific to certain tissues, and show greater variation in expression between individuals compared to protein-coding messenger RNAs (mRNAs). LncRNAs have been linked with regulatory roles in gene expression and genome architecture. There is growing evidence that lncRNAs play important roles in many biological processes and diseases, and a number of lncRNAs have been identified as potential therapeutic targets. Here, we report the identification and characterization of the lncRNA landscape of vascular smooth muscle cells (VSMC). We used an ensemble of bioinformatics tools to identify 329 novel lncRNAs from a large VSMC RNA-Seq dataset. We found that majority of the novel lncRNAs are natural antisense transcripts of protein-coding genes. In addition, we predicted cellular localization and potential miRNAs that targets the novel lncRNAs and found that most localize in the cytoplasm and that miRNA target site ranged from 2-889 sites on each novel lncRNA. Furthermore, we identified co-expressed lncRNAs that correlate with the proliferation, migration and apoptosis of vascular smooth muscle cells. These results suggest that we have identified a diverse set of previously unknown lncRNAs that may be involved in important regulatory pathways in vascular smooth muscle cells.

Aberrant vascular smooth muscle cell (VSMC) homeostasis and proliferation characterize vascular diseases causing heart attack and stroke. Here we elucidate molecular determinants governing VSMC proliferation by reconstructing gene regulatory networks from single-cell transcriptomics and epigenetic profiling. We detect widespread activation of enhancers at disease-relevant loci in proliferation-predisposed VSMCs. We compared gene regulatory network rewiring between injury-responsive and nonresponsive VSMCs, which suggested shared transcription factors but differing target loci between VSMC states. Through in silico perturbation analysis, we identified and prioritized previously unrecognized regulators of proliferation, including RUNX1 and TIMP1. Moreover, we showed that the pioneer transcription factor RUNX1 increased VSMC responsiveness and that TIMP1 feeds back to promote VSMC proliferation through CD74-mediated STAT3 signaling. Both RUNX1 and the TIMP1-CD74 axis were expressed in human VSMCs, showing low levels in normal arteries and increased expression in disease, suggesting clinical relevance and potential as vascular disease targets.