Astrocytes extend endfeet that enwrap the vasculature. Disruptions to this association in disease coincide with breaches in blood-brain barrier (BBB) integrity, so we asked if the focal ablation of an astrocyte is sufficient to disrupt the BBB. 2Phatal ablation of astrocytes induced a plasticity response whereby surrounding astrocytes extended processes to cover vascular vacancies. This occurred prior to endfoot retraction in young mice yet occurred with significant delay in aged animals. Laser-stimulating replacement astrocytes showed them to induce constrictions in pre-capillary arterioles indicating that replacement astrocytes are functional. Inhibition of EGFR and pSTAT3 significantly reduced astrocyte replacement post-ablation yet without perturbations to BBB integrity. Identical endfoot replacement following astrocyte cell death due to reperfusion post-stroke supports the conclusion that astrocyte plasticity ensures continual vascular coverage so as to retain the BBB. Together, these studies uncover the ability of astrocytes to maintain cerebrovascular coverage via substitution from nearby cells and may represent a novel therapeutic target for vessel recovery post-stroke.

Abstract Heart organoids have the potential to generate primary heart-like anatomical structures and hold great promise as in vitro models for cardiac disease. However, their properties have not yet been carefully studied, which hinders a wider spread application. Here we report the development of differentiation systems for ventricular and atrial heart organoids, enabling the study of heart disease with chamber defects. We show that our systems generate organoids comprising of major cardiac cell types, and we used single cell RNA sequencing together with sample multiplexing to characterize the cells we generate. To that end, we also developed a machine learning label transfer approach lever-aging cell type, chamber, and laterality annotations available for primary human fetal heart cells. We then used this model to analyze organoid cells from an isogeneic line carrying an Ebstein’s anomaly associated genetic variant, and we successfully recapitulated the disease’s atrialized ventricular defects. In summary, we have established a workflow integrating heart organoids and computational analysis to model heart development in normal and disease states.

Abstract In coronavirus disease 2019 (COVID-19), caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection, the relationship between brain tropism, neuroinflammation and host immune response has not been well characterized. We analyzed 68,557 single-nucleus transcriptomes from three brain regions (dorsolateral prefrontal cortex, medulla oblongata and choroid plexus) and identified an increased proportion of stromal cells and monocytes in the choroid plexus of COVID-19 patients. Differential gene expression, pseudo-temporal trajectory and gene regulatory network analyses revealed microglial transcriptome perturbations, mediating a range of biological processes, including cellular activation, mobility and phagocytosis. Quantification of viral spike S1 protein and SARS-CoV-2 transcripts did not support the notion of brain tropism. Overall, our findings suggest extensive neuroinflammation in patients with acute COVID-19. One Sentence Summary Single-nucleus transcriptome analysis suggests extensive neuroinflammation in human brain tissue of patients with acute coronavirus disease 2019.

Summary The oxidative phosphorylation (OXPHOS) system in mammalian mitochondria plays a key role in harvesting energy from ingested nutrients 1, 2 . Mitochondrial metabolism is very dynamic and can be reprogrammed to support both catabolic and anabolic reactions, depending on physiological demands or disease states 3, 4 . Rewiring of mitochondrial metabolism is intricately linked to metabolic diseases 5, 6 and is also necessary to promote tumour growth 7–11 . Here, we demonstrate that per oral treatment with an inhibitor of mitochondrial transcription (IMT) 11 shifts whole animal metabolism towards fatty acid oxidation, which, in turn, leads to rapid normalization of body weight, reversal of hepatosteatosis and restoration of glucose tolerance in mice on high-fat diet. Paradoxically, the IMT treatment causes a severe reduction of OXPHOS capacity concomitant with a marked upregulation of fatty acid oxidation in the liver, as determined by proteomics and non-targeted metabolomics analyses. The IMT treatment leads to a marked reduction of complex I, the main dehydrogenase that feeds electrons into the ubiquinone (Q) pool, whereas the levels of electron transfer flavoprotein dehydrogenase (ETF-DH) and other dehydrogenases connected to the Q pool are increased. This rewiring of metabolism caused by reduced mtDNA expression in the liver provides a novel principle for drug treatment of obesity and obesity-related pathology.

Metabolically Abnormal Obesity (MAO) is characterized by hepatic steatosis and type 2 diabetes (T2D), in contrast to Metabolically Healthy Obesity (MHO). In this study, we investigated the role of hepatic geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP), a metabolite of the mevalonate (MVA) pathway, in regulating the differences in lipid metabolism between MAO and MHO. Our findings revealed that GGPP levels were significantly elevated in individuals with MAO, and deficiency of GGPP in the liver ameliorated the defects associated with MAO. Furthermore, we discovered that the prenylation of the lipid droplet-associated protein Perilipin 4 by GGPP enhances the formation of large lipid droplets, thereby exacerbating hepatic lipid accumulation and insulin resistance. Notably, the inhibitor DGBP, targeting the GGPP synthase Ggpps, effectively attenuated the traits of MAO, offering novel insights into the treatment of this condition.

ABSTRACT Spatially-resolved genomic profiling is critical for understanding biology in a spatially ordered organ such as mammalian brain. Single-cell spatial genomic assays were developed recently for this purpose but they remain costly and labor-intensive for examining brain tissues across substantial dimensions and surveying a collection of brain samples. Here we demonstrate a new approach, brain epigenomic tomography, that maps spatial epigenomic variations at the scale of centimeters. We profiled neuronal and glial fractions of mouse neocortex slices with 0.5 mm thickness using a low-input technology. H3K27me3 or H3K27ac features across these slices were grouped into clusters based on their spatial variation patterns. Our approach reveals striking dynamics in frontal and caudal cortex due to kainic acid-induced seizure, linked with transmembrane ion transporter, exocytosis of synaptic vesicles, and secretion of neurotransmitter. Epigenomic tomography provides a powerful and cost-effective tool for profiling and discerning brain samples based on their spatial epigenomes.