Worldwide, myopia is the leading cause of visual impairment. It results from inappropriate extension of the ocular axis and concomitant declines in scleral strength and thickness caused by extracellular matrix (ECM) remodeling. However, the identities of the initiators and signaling pathways that induce scleral ECM remodeling in myopia are unknown. Here, we used single-cell RNA-sequencing to identify pathways activated in the sclera during myopia development. We found that the hypoxia-signaling, the eIF2-signaling, and mTOR-signaling pathways were activated in murine myopic sclera. Consistent with the role of hypoxic pathways in mouse model of myopia, nearly one third of human myopia risk genes from the genome-wide association study and linkage analyses interact with genes in the hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α)-signaling pathway. Furthermore, experimental myopia selectively induced HIF-1α up-regulation in the myopic sclera of both mice and guinea pigs. Additionally, hypoxia exposure (5% O2) promoted myofibroblast transdifferentiation with down-regulation of type I collagen in human scleral fibroblasts. Importantly, the antihypoxia drugs salidroside and formononetin down-regulated HIF-1α expression as well as the phosphorylation levels of eIF2α and mTOR, slowing experimental myopia progression without affecting normal ocular growth in guinea pigs. Furthermore, eIF2α phosphorylation inhibition suppressed experimental myopia, whereas mTOR phosphorylation induced myopia in normal mice. Collectively, these findings defined an essential role of hypoxia in scleral ECM remodeling and myopia development, suggesting a therapeutic approach to control myopia by ameliorating hypoxia.

Through the amide formation between amine-functionalized polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) and oxygen-containing groups (e.g., epoxy and carboxyl groups) in graphene oxide (GO), we have synthesized POSS-functionalized graphene nanosheets (POSS-graphene), which are highly soluble in various organic solvents attractive for multifunctional applications. Thin films from solution casting of the resultant POSS-graphene were found to show superhydrophobic properties with a water/air contact angle of ∼157°, while the superhydrophobic POSS-graphene powder could be used to construct liquid marbles. In addition, the POSS-graphene hybrids were also used as novel nanofillers to increase the glass transition temperature (Tg) and decompose temperature (Td) for polymers.

One-dimensional (1D) carbon nanotubes (CNTs) and 2D single-atomic layer graphene have superior thermal, electrical, and mechanical properties. However, these nanomaterials exhibit poor out-of-plane properties due to the weak van der Waals interaction in the transverse direction between graphitic layers. Recent theoretical studies indicate that rationally designed 3D architectures could have desirable out-of-plane properties while maintaining in-plane properties by growing CNTs and graphene into 3D architectures with a seamless nodal junction. However, the experimental realization of seamlessly-bonded architectures remains a challenge. We developed a strategy of creating 3D graphene-CNT hollow fibers with radially aligned CNTs (RACNTs) seamlessly sheathed by a cylindrical graphene layer through a one-step chemical vapor deposition using an anodized aluminum wire template. By controlling the aluminum wire diameter and anodization time, the length of the RACNTs and diameter of the graphene hollow fiber can be tuned, enabling efficient energy conversion and storage. These fibers, with a controllable surface area, meso-/micropores, and superior electrical properties, are excellent electrode materials for all-solid-state wire-shaped supercapacitors with poly(vinyl alcohol)/H2SO4 as the electrolyte and binder, exhibiting a surface-specific capacitance of 89.4 mF/cm(2) and length-specific capacitance up to 23.9 mF/cm, - one to four times the corresponding record-high capacities reported for other fiber-like supercapacitors. Dye-sensitized solar cells, fabricated using the fiber as a counter electrode, showed a power conversion efficiency of 6.8% and outperformed their counterparts with an expensive Pt wire counter electrode by a factor of 2.5. These novel fiber-shaped graphene-RACNT energy conversion and storage devices are so flexible they can be woven into fabrics as power sources.

Abstract Structural variants (SVs) can be important drivers of human adaptation with strong effects, but previous studies have focused primarily on common variants with weak effects. Here, we used large-scale single-molecule long-read sequencing of 320 Tibetan and Han samples, to show that SVs are key drivers of selection under high-altitude adaptation. We expand the landscape of global SVs, apply robust models of selection and population differentiation combining SVs, SNPs and InDels, and use epigenomic analyses to predict driver enhancers, target genes, upstream regulators, and biological functions, which we validate using enhancer reporter and DNA pull-down assays. We reveal diverse Tibetan-specific SVs affecting the cis- and trans-regulatory circuitry of diverse biological functions, including hypoxia response, energy metabolism, lung function, etc. Our study greatly expands the global SV landscape, reveals the central role of gene-regulatory circuitry rewiring in human adaptation, and illustrates the diverse functional roles that SVs can play in human biology.

Abstract The Coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic severely challenges public health and necessitates the need for increasing our understanding of COVID-19 pathogenesis, especially host factors facilitating virus infection and propagation. Here, the co-expression network was constructed by mapping the well-known ACE2, TMPRSS2 and host susceptibility genes implicated in COVID-19 GWAS onto a cornea, retinal pigment epithelium and lung. We found a significant co-expression module of these genes in the cornea, revealing that cornea is potential extra-respiratory entry portal of SARS-CoV-2. Strikingly, both co-expression and interaction networks show a significant enrichment in mitochondrial function, which are the hub of cellular oxidative homeostasis, inflammation and innate immune response. We identified a corneal mitochondrial susceptibility module (CMSM) of 14 mitochondrial genes by integrating ACE2 co-expression cluster and SARS-CoV-2 interactome. Gene ECSIT, as a cytosolic adaptor protein involved in inflammatory responses, exhibits the strongest correlation with ACE2 in CMSM, which has shown to be an important risk factor for SARS-CoV-2 infection and prognosis. Our co-expression and protein interaction network analysis uncover that the mitochondrial function related genes in cornea contribute to the dissection of COVID-19 susceptibility and potential therapeutic interventions.