Vascular endothelial growth factor (VEGF) is essential for developmental and pathological angiogenesis. Here we show that in the absence of any pathological insult, autocrine VEGF is required for the homeostasis of blood vessels in the adult. Genetic deletion of vegf specifically in the endothelial lineage leads to progressive endothelial degeneration and sudden death in 55% of mutant mice by 25 weeks of age. The phenotype is manifested without detectable changes in the total levels of VEGF mRNA or protein, indicating that paracrine VEGF could not compensate for the absence of endothelial VEGF. Furthermore, wild-type, but not VEGF null, endothelial cells showed phosphorylation of VEGFR2 in the absence of exogenous VEGF. Activation of the receptor in wild-type cells was suppressed by small molecule antagonists but not by extracellular blockade of VEGF. These results reveal a cell-autonomous VEGF signaling pathway that holds significance for vascular homeostasis but is dispensable for the angiogenic cascade.

Abstract Beneficial effects of sodium glucose co-transporter 2 inhibitors (SGLT2is) in cardiovascular diseases have been extensively reported leading to the inclusion of these drugs in the treatment guidelines for heart failure. However, molecular actions especially on non-myocyte cells remain uncertain. We observed dose-dependent inhibitory effects of two SGLT2is, dapagliflozin (DAPA) and empagliflozin (EMPA), on inflammatory signaling in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). Proteomics analyses and subsequent enrichment analyses discovered profound effects of these SGLT2is on proteins involved in mitochondrial respiration and actin cytoskeleton. Validation in functional oxygen consumption measurements as well as tube formation and migration assays revealed strong impacts of DAPA. Considering that most influenced parameters played central roles in endothelial to mesenchymal transition (EndMT), we performed in vitro EndMT assays and identified substantial reduction of mesenchymal and fibrosis marker expression as well as changes in cellular morphology upon treatment with SGLT2is. In line, human cardiac fibroblasts (HCFs) exposed to DAPA showed less proliferation, reduced ATP production, and decelerated migration capacity while less extensive impacts were observed upon EMPA. Mechanistically, sodium proton exchanger 1 (NHE1) as well as sodium-myoinositol cotransporter (SMIT) and sodium-multivitamin cotransporter (SMVT) could be identified as relevant targets of SGLT2is in non-myocyte cardiovascular cells as validated by individual siRNA-knockdown experiments. In summary, we found comprehensive beneficial effects of SGLT2is on human endothelial cells and cardiac fibroblasts. The results of this study therefore support a distinct effect of selected SGLT2i on non-myocyte cardiovascular cells and grant further insights into potential molecular mode of action of these drugs.

Heart rate is under the precise control of the autonomic nervous system. However, the wiring of peripheral neural circuits that regulate heart rate is poorly understood. Here, we developed a clearing-imaging-analysis pipeline to visualize innervation of intact hearts in 3D and employed a multi-technique approach to map parasympathetic and sympathetic neural circuits that control heart rate in mice. We anatomically and functionally identify cholinergic neurons and noradrenergic neurons in an intrinsic cardiac ganglion and the stellate ganglia, respectively, that project to the sinoatrial node. We also report that the heart rate response to optogenetic versus electrical stimulation of the vagus nerve displays different temporal characteristics and that vagal afferents enhance parasympathetic and reduce sympathetic tone to the heart via central mechanisms. Our findings provide new insights into neural regulation of heart rate, and our methodology to study cardiac circuits can be readily used to interrogate neural control of other visceral organs.

Abstract Infections caused by drug-resistant bacteria, particularly gram-negative organisms, are increasingly difficult to treat using antibiotics. A potential alternative is ‘phage therapy’, in which phages infect and lyse the bacterial host. However, phage therapy poses serious drawbacks and safety concerns, such as the risk of genetic transduction of antibiotic resistance genes, inconsistent pharmacokinetics, and unknown evolutionary potential. In contrast, metallic nanoparticles possess precise, tunable properties, including efficient conversion of electronic excitation into heat. In this work, we demonstrate that engineered phage-nanomaterial conjugates that target the gram-negative pathogen P. aeruginosa , are highly effective as a treatment of infected wounds in mice. Photothermal heating, performed as a single treatment (15 min) or as two treatments on consecutive days, rapidly reduced the bacterial load and released Zn 2+ to promote wound healing. The phage-nanomaterial treatment was significantly more effective than systemic fluoroquinolone antibiotics in reducing both bacterial load and wound size, and was notably effective against a P. aeruginosa strain resistant to polymyxins, a last-line antibiotic therapy. Unlike these antibiotics, the phage-nanomaterial showed no detectable toxicity or systemic effects in mice, consistent with the short duration and localized nature of phage- nanomaterial treatment. Our results demonstrate that phage therapy controlled by inorganic nanomaterials can be a safe and effective antimicrobial strategy in vivo .

Friedreich's ataxia (FRDA), the most common inherited ataxia, is caused by recessive mutations that reduce the levels of frataxin (FXN), a mitochondrial iron binding protein. We developed an inducible mouse model of Fxn deficiency that enabled us to control the onset and progression of disease phenotypes by the modulation of Fxn levels. Systemic knockdown of Fxn in adult mice led to multiple phenotypes paralleling those observed in human patients across multiple organ systems. By reversing knockdown after clinical features appear, we were able to determine to what extent observed phenotypes represent reversible cellular dysfunction. Remarkably, upon restoration of near wild-type FXN levels, we observed significant recovery of function, associated pathology and transcriptomic dysregulation even after substantial motor dysfunction and pathology were observed. This model will be of broad utility in therapeutic development and in refining our understanding of the relative contribution of reversible cellular dysfunction at different stages in disease.