A high percentage of smooth muscle cells in atherosclerotic lesions lose expression of smooth muscle marker proteins and acquire the phenotype of other cell types, a process of functional importance in lesion pathogenesis that is controlled by the transcription factor KLF4. Previous studies investigating the role of smooth muscle cells (SMCs) and macrophages in the pathogenesis of atherosclerosis have provided controversial results owing to the use of unreliable methods for clearly identifying each of these cell types. Here, using Myh11-CreERT2 ROSA floxed STOP eYFP Apoe−/− mice to perform SMC lineage tracing, we find that traditional methods for detecting SMCs based on immunostaining for SMC markers fail to detect >80% of SMC-derived cells within advanced atherosclerotic lesions. These unidentified SMC-derived cells exhibit phenotypes of other cell lineages, including macrophages and mesenchymal stem cells (MSCs). SMC-specific conditional knockout of Krüppel-like factor 4 (Klf4) resulted in reduced numbers of SMC-derived MSC- and macrophage-like cells, a marked reduction in lesion size, and increases in multiple indices of plaque stability, including an increase in fibrous cap thickness as compared to wild-type controls. On the basis of in vivo KLF4 chromatin immunoprecipitation–sequencing (ChIP-seq) analyses and studies of cholesterol-treated cultured SMCs, we identified >800 KLF4 target genes, including many that regulate pro-inflammatory responses of SMCs. Our findings indicate that the contribution of SMCs to atherosclerotic plaques has been greatly underestimated, and that KLF4-dependent transitions in SMC phenotype are critical in lesion pathogenesis.

ABSTRACT NADPH oxidase 4 (NOX4) regulates endothelial inflammation by producing reactive oxygen species. Since coenzyme Q (CoQ) mimics affect NOX4 activity, we hypothesize that cytochrome b5 reductase 3 (CYB5R3), a CoQ reductase abundant in vascular endothelial cells, modulates inflammatory activation. Mice lacking endothelial CYB5R3 (R3 KO), under lipopolysaccharides (LPS) challenge, showed exacerbated hypotension, decreased acetylcholine-induced vasodilation, and elevated vascular adhesion molecule 1 (Vcam-1) mRNA in aorta. In vitro, silencing Cyb5r3 enhanced LPS-induced VCAM-1 protein in a NOX4 dependent manner. APEX2- based electron microscopy and proximity biotinylation demonstrated CYB5R3’s localization on the mitochondrial outer membrane and its interaction with NOX4, which was further confirmed by the proximity ligation assay. Notably, Cyb5r3 silenced HAECs had less total H 2 O 2 but more mitochondrial O 2 •- . Using inactive or non-membrane bound active CYB5R3, we found CYB5R3 activity and membrane translocation were needed for optimal generation of H 2 O 2 by NOX4. Lastly, CoQ deficient cells showed decreased NOX4-derived H 2 O 2 , indicating a requirement for endogenous CoQ in NOX4 activity. In conclusion, CYB5R3 mitigates endothelial inflammatory activation by assisting in NOX4-dependent H 2 O 2 generation via CoQ. NOVELTY AND SIGNIFICANCE What Is Known? NADPH oxidase 4 (NOX4) reportedly produces primarily hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and, to a lesser extent, superoxide (O 2 •- ) and has been shown to have both beneficial and deleterious effects in the cardiovascular system. NOX4 activity can be affected by NAD(P)H quinone oxidoreductase 1 (NQO1), a CoQ reductase, and synthetic quinone compounds used to mimic CoQ. Cytochrome b5 reductase 3 (CYB5R3) is known to reduce CoQ and is highly expressed in endothelial cells. What New Information Does This Article Contribute? In vivo, the lack of endothelial CYB5R3 causes exacerbated lipopolysaccharides (LPS)-induced inflammatory signaling, endothelial dysfunction, and hypotension. Endothelial CYB5R3 mitigates inflammatory signaling by LPS and tumor necrosis factor α (TNF-α) in a NOX4 dependent manner. In endothelial cells, CYB5R3 and NOX4 reside in close proximity on the mitochondrial outer membrane. NOX4’s ability to generate H 2 O 2 depends on the membrane translocation and activity of CYB5R3 and the presence of endogenous CoQ. NONSTANDARD Abbreviations and Acronyms Protein names are abbreviated as capital letters (e.g., CYB5R3), while the corresponding gene names are annotated as in italic lower cases (e.g., Cyb5r3 ).

Abstract The essential role of store-operated Ca 2+ entry (SOCE) through Ca 2+ release-activated Ca 2+ (CRAC) channels in T cells is well established. In contrast, the contribution of individual Orai isoforms to SOCE and their downstream signaling functions in B cells are poorly understood. Here, we demonstrate changes in expression of Orai isoforms in response to B cell activation. We show that Orai3 and Orai1 are essential components of native CRAC channels in B cells and are critical for primary B cell proliferation and survival. The combined loss of Orai1 and Orai3 strongly impairs SOCE, nuclear factor for activated T cells (NFAT) activation, mitochondrial respiration, glycolysis, and the metabolic reprogramming of B cells in response to antigenic stimulation. Our results clarify the molecular composition and cellular functions of SOCE in B lymphocytes.

Abstract Objective Pulmonary hypertension (PH) is a cardiopulmonary disease manifesting in increased pulmonary arterial pressure and right ventricular dysfunction. PH pathogenesis involves extensive pulmonary vascular remodeling precipitated, at least in part, by endothelial reprogramming. Mounting evidence points to endothelial-to-mesenchymal transition (EndMT) as an important potentiator of endothelial reprogramming in PH, yet progress in dissecting these processes remains limited. Approach and Results Lung samples from pulmonary arterial hypertension (PAH) patients and two rodent models of PH were used. Expression of the scaffolding protein ezrin-radixin-moesin-binding phosphoprotein 50 (EBP50, or NHERF1) was downregulated in PAH patient pulmonary arteries and isolated pulmonary arterial endothelial cells (PAECs), and in PH animal lung tissue and mouse isolated PAECs. In human PAECs in vitro, EBP50 was downregulated by PH-relevant stimuli, hypoxia and proinflammatory cytokine interleukin-1 beta (IL-1β). Phenocopy of EBP50 reduction in PAECs time-dependently increased expression and nuclear abundance of EndMT transcription factors Snail and Zeb1, and potentiated hypoxia-driven upregulation of Slug. Loss of EBP50 also drove expression of mesenchymal markers S100A4, fibronectin, N-cadherin, and transgelin (SM22), and inhibited cell proliferation and barrier function. In vivo studies on female EBP50 +/- mice demonstrated that downregulation of EBP50 exacerbated the chronic hypoxia-induced rise in RV maximum pressure. Conclusions These data identify EBP50 as a key regulator of EndMT in PH whose expression is downregulated in PH patient pulmonary endothelium and whose partial deletion exacerbates PH disease manifestations in rodents, opening doors for future therapeutic strategies to target EBP50 restoration to reverse PH.

Abstract The inflammatory upregulation of kynurenine metabolism induces immunomodulatory responses via incompletely understood mechanisms. We report that increases in cellular and systemic kynurenine levels yield the electrophilic derivative kynurenine-carboxyketoalkene (Kyn-CKA), as evidenced by the accumulation of thiol-conjugates and saturated metabolites. Under physiological conditions, Kyn-CKA induces Nrf2-regulated genes and inhibits NF-κB and NLRP3-dependent pro-inflammatory signaling. Sickle Cell Disease (SCD) is a hereditary hemolytic condition characterized by basal inflammation and recurrent vaso-occlusive crises. Both a transgenic SCD murine model and SCD patients exhibit increased kynurenine synthesis and elevated Kyn-CKA metabolite levels. Plasma hemin and kynurenine concentrations are positively correlated, indicating that Kyn-CKA synthesis in SCD is upregulated during pathogenic vascular stress. Remarkably, exogenous administration of Kyn-CKA abrogated pulmonary microvasculature occlusion in SCD mice, an important factor in the development of lung injury. These findings demonstrate that the upregulation of kynurenine synthesis and its metabolism to Kyn-CKA is an adaptive response that attenuates inflammation and protects tissues. One-Sentence Summary Kyn-CKA is a kynurenine-derived signaling mediator that transduces its immunomodulatory protective actions and attenuates vaso-occlusion in sickle cell disease.

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a devastating disease in which reactive oxygen species (ROS) play an important role. The disease is characterized by lung arterial cell proliferation (inward remodeling) leading to right ventricle (RV) failure. We postulated that NADPH oxidase 1 (NOX1)-derived ROS mediate endothelial cell (EC) proliferation and hemodynamic changes in PAH. Indeed, we found increased NOX1 (1.6±0.10-fold; n=7-9, p<0.01) in human pulmonary artery ECs (HPAECs) exposed to 24 hr hypoxia (Hx) vs. normoxia (Nx) (1% v. 21% O 2 , in vitro PAH phenotype). To test an in vivo NOX1 role, C57BL/6J (WT), mice were implanted with pumps delivering a NOX1-selective peptidic inhibitor (NoxA1ds) or scrambled control (Scr) and exposed to Nx (21% O 2 ) or Hx (10% O 2 ) for 3 wks plus vehicle or VEGF receptor antagonist Sugen 5416. Sugen/Hx (Su/Hx) increased RV max pressure (RVMP) 2-fold ± 0.20-fold (n=7-9, p<0.001) along with elevated mean pulmonary artery pressure (mPAP, 2-fold 0.25-fold, n=7-9, p<0.001), pulmonary vascular resistance (PVR, 2-fold±0.2-fold, n=7-9, p<0.001), and right ventricular max dP/dt (RVM dP/dt, 2-fold±0.2-fold, n=7-9, p<0.001) vs. Nx. NoxA1ds infusion significantly attenuated these rises. In parallel, RNA-Seq of HPAECs treated with NOX1 siRNA and exposed to Nx or Hx revealed the protein kinase R-like ER kinase (PERK) branch of the unfolded protein response (UPR) as NOX1-mediated. UPR promotes tumor growth in cancer due to positive effects on cell survival and proliferation. Indeed, phospho-PERK expression measured via WB increased by 1.5-fold ± 0.3-fold (n=9, p<0.01) in HPAECs exposed to Hx, which was completely reversed by siNOX1. Further, downstream members of the PERK-UPR pathway followed similar trends including phospho-eukaryotic translation initiation factor 2A (eIF2α, 3-fold ± 0.6-fold, n=9, p<0.05), activating transcription factor 4 (ATF4, 2.1-fold ± 0.4-fold, n=9, p<0.01), and protein disulfide-isomerase (PDI, 2.3-fold ± 0.65-fold, n=9, p<0.01). We corroborated these findings in cross-sections of Su/Hx mouse lungs and in autopsied iPAH patient lungs. The findings are consistent with NOX1 mediating activation of the UPR through PERK, which, in turn, induces EC hyperproliferation in PAH.

Triosephosphate isomerase deficiency (TPI Df) is a rare multisystem disorder with severe neuromuscular symptoms which arises exclusively from mutations within the TPI1 gene. Studies of TPI Df have been limited due to the absence of mammalian disease models and difficulties obtaining patient samples. Recently, we developed a novel murine model of TPI Df which models the most common disease-causing mutation in humans, TPI1

Nitro fatty acids (NO 2 -FAs) are endogenously generated lipid signaling mediators from metabolic and inflammatory reactions between conjugated diene fatty acids and nitric oxide or nitrite-derived reactive species. NO 2 -FAs undergo reversible Michael addition with hyperreactive protein cysteine thiolates to induce posttranslational protein modifications that can impact protein function. Herein, we report a novel mechanism of action of natural and non-natural nitroalkenes structurally similar to ( E ) 10-nitro-octadec-9-enoic acid (CP-6), recently de-risked by preclinical Investigational New Drug-enabling studies and Phase 1 and Phase 2 clinical trials and found to induce DNA damage in a TNBC xenograft by inhibiting homologous-recombination (HR)-mediated repair of DNA double-strand breaks (DSB). CP-6 specifically targets Cys319, essential in RAD51-controlled HR-mediated DNA DSB repair in cells. A nitroalkene library screen identified two structurally different nitroalkenes, a non-natural fatty acid [( E ) 8-nitro- nonadec-7-enoic acid (CP-8)] and a dicarboxylate ester [dimethyl ( E )nitro-oct-4-enedioate (CP- 23)] superior to CP-6 in TNBC cells killing, synergism with three different inhibitors of the poly ADP-ribose polymerase (PARP) and γ-IR. CP-8 and CP-23 effectively inhibited γ-IR-induced RAD51 foci formation and HR in a GFP-reported assay but did not affect benign human epithelial cells or cell cycle phases. In vivo, CP-8 and CP-23's efficacies diverged as only CP-8 showed promising anticancer activities alone and combined with the PARP inhibitor talazoparib in an HR-proficient TNBC mouse model. As preliminary preclinical toxicology analysis also suggests CP-8 as safe, our data endorse CP-8 as a novel anticancer molecule for treating cancers sensitive to homologous recombination-mediated DNA repair inhibitors.