A BLUEPRINT of immune cell development To determine the epigenetic mechanisms that direct blood cells to develop into the many components of our immune system, the BLUEPRINT consortium examined the regulation of DNA and RNA transcription to dissect the molecular traits that govern blood cell differentiation. By inducing immune responses, Saeed et al. document the epigenetic changes in the genome that underlie immune cell differentiation. Cheng et al. demonstrate that trained monocytes are highly dependent on the breakdown of sugars in the presence of oxygen, which allows cells to produce the energy needed to mount an immune response. Chen et al. examine RNA transcripts and find that specific cell lineages use RNA transcripts of different length and composition (isoforms) to form proteins. Together, the studies reveal how epigenetic effects can drive the development of blood cells involved in the immune system. Science , this issue 10.1126/science.1251086 , 10.1126/science.1250684 , 10.1126/science.1251033

BackgroundLimits on the frequency of whole blood donation exist primarily to safeguard donor health. However, there is substantial variation across blood services in the maximum frequency of donations allowed. We compared standard practice in the UK with shorter inter-donation intervals used in other countries.MethodsIn this parallel group, pragmatic, randomised trial, we recruited whole blood donors aged 18 years or older from 25 centres across England, UK. By use of a computer-based algorithm, men were randomly assigned (1:1:1) to 12-week (standard) versus 10-week versus 8-week inter-donation intervals, and women were randomly assigned (1:1:1) to 16-week (standard) versus 14-week versus 12-week intervals. Participants were not masked to their allocated intervention group. The primary outcome was the number of donations over 2 years. Secondary outcomes related to safety were quality of life, symptoms potentially related to donation, physical activity, cognitive function, haemoglobin and ferritin concentrations, and deferrals because of low haemoglobin. This trial is registered with ISRCTN, number ISRCTN24760606, and is ongoing but no longer recruiting participants.Findings45 263 whole blood donors (22 466 men, 22 797 women) were recruited between June 11, 2012, and June 15, 2014. Data were analysed for 45 042 (99·5%) participants. Men were randomly assigned to the 12-week (n=7452) versus 10-week (n=7449) versus 8-week (n=7456) groups; and women to the 16-week (n=7550) versus 14-week (n=7567) versus 12-week (n=7568) groups. In men, compared with the 12-week group, the mean amount of blood collected per donor over 2 years increased by 1·69 units (95% CI 1·59–1·80; approximately 795 mL) in the 8-week group and by 0·79 units (0·69–0·88; approximately 370 mL) in the 10-week group (p<0·0001 for both). In women, compared with the 16-week group, it increased by 0·84 units (95% CI 0·76–0·91; approximately 395 mL) in the 12-week group and by 0·46 units (0·39–0·53; approximately 215 mL) in the 14-week group (p<0·0001 for both). No significant differences were observed in quality of life, physical activity, or cognitive function across randomised groups. However, more frequent donation resulted in more donation-related symptoms (eg, tiredness, breathlessness, feeling faint, dizziness, and restless legs, especially among men [for all listed symptoms]), lower mean haemoglobin and ferritin concentrations, and more deferrals for low haemoglobin (p<0·0001 for each) than those observed in the standard frequency groups.InterpretationOver 2 years, more frequent donation than is standard practice in the UK collected substantially more blood without having a major effect on donors' quality of life, physical activity, or cognitive function, but resulted in more donation-related symptoms, deferrals, and iron deficiency.FundingNHS Blood and Transplant, National Institute for Health Research, UK Medical Research Council, and British Heart Foundation.

Heteroplasmy incidence in mitochondrial DNA In humans, mitochondrial DNA (mtDNA) is predominantly maternally inherited. mtDNA is under selection to prevent heteroplasmy—the transmission of multiple genetic variants into the next generation. Wei et al. explored human mtDNA sequences to determine mtDNA genome structure, selection, and transmission. Whole-genome sequencing revealed that about 45% of individuals carry heteroplasmic mtDNA sequences at levels greater than 1% of their total mtDNA. Furthermore, studies of more than 1500 mother-offspring pairs indicated that the female line selected which mtDNA variants were passed on to children. This effect was influenced by the mother's nuclear genetic background. Thus, mtDNA is under selection at specific loci in the human germ line. Science , this issue p. eaau6520

Tebentafusp is a first-in-class bispecific fusion protein designed to target gp100 (a melanoma-associated antigen) through a high affinity T-cell receptor (TCR) binding domain and an anti-CD3 T-cell engaging domain, which redirects T cells to kill gp100-expressing tumor cells. Here, we report a multicenter phase I/II trial of tebentafusp in metastatic melanoma (NCT01211262) focusing on the mechanism of action of tebentafusp.

ABSTRACT The human heart is primarily composed of cardiomyocytes, fibroblasts, endothelial and smooth muscle cells. Reliable identification of fetal cardiac cell types using protein markers is important for understanding cardiac development and delineating the cellular composition of the human heart during early development, which remains largely unknown. The aim of this study was to use immunohistochemistry (IHC), flow cytometry and RT-PCR analyses to investigate the expression and specificity of commonly used cardiac cell markers in the early human fetal heart (8-12 post-conception weeks). The expression of previously reported protein markers for the detection of cardiomyocytes (Myosin Heavy Chain (MHC) and Troponin I (cTnI)), fibroblasts (DDR2, Thy1, Vimentin), endothelial cells (CD31) and smooth muscle cells (α-SMA) were assessed. Flow cytometry revealed two distinct populations of cTnI expressing cells based on fluorescence intensity: cTnI High and cTnI Low . MHC positive cardiomyocytes were cTnI High , whereas MHC negative non-myocyte cells were cTnI Low . cTnI expression in non-myocytes was further confirmed by IHC and RT-PCR analyses, suggesting troponins are not cardiomyocyte-specific and may play distinct roles in non-muscle cells during early development. Vimentin was confirmed to be enriched in cultured fibroblast populations and flow cytometry revealed Vim High and Vim Low cell populations in the fetal heart. MHC positive cardiomyocytes were Vim Low whilst CD31 positive endothelial cells were Vim High . Based on the markers investigated, we estimate fetal human cardiomyocyte populations comprise 75-80% of total cardiac cells and exhibit the following marker profile: α-MHC + /cTnI High /Vim Low . For the non-cardiomyocyte population, we estimate they comprise 20-25% of total cardiac cells and exhibit the following marker profile: α-MHC - /cTnI Low /Vim High . Our study suggests the marker profiles and proportions of fetal cardiac populations are distinct from that of the adult heart.

RNA G-quadruplexes (G4s) are non-canonical secondary structures that have been proposed to function as regulators of post-transcriptional mRNA localisation and translation. G4s within 3' UTRs of some neuronal mRNAs are known to control their distal localisation and local translation, contributing to the distinct local proteomes that facilitate the synaptic remodelling attributed to normal cellular function. In this study, we characterise the G4 formation of a (GGN)13 repeat found within the 5' UTR of KCNK9 mRNA, encoding the potassium 2-pore domain leak channel Task3. Using circular dichroism, we show that this (GGN)13 repeat forms a parallel G4 that exhibits the stereotypical potassium specificity of a G4, remaining thermostable under physiological ionic conditions. The G4 is inhibitory to translation of Task3, which can be overcome through the activity of the G4-specific helicase DHX36, consequently increasing K+ leak currents and decreasing resting membrane potentials in HEK293 cells. Additionally, we observe that this G4 is fundamental to ensuring the delivery of Task3 mRNA to distal primary cortical neurites. It has previously been shown that abnormal Task3 expression correlates with neuronal dysfunction, we therefore posit that this G4 is required for regulated local expression of Task3 leak channels that maintain K+ leak currents within neurons.

Tobacco smoking is a risk factor for multiple diseases, including cardiovascular disease and diabetes. Many smoking-associated signals have been detected in the blood methylome, but the extent to which these changes are widespread to metabolically relevant tissues, and impact gene expression or cardio-metabolic health, remains unclear. We investigated smoking-associated DNA methylation and gene expression variation in adipose tissue from 542 healthy female twins with available well-characterized cardio-metabolic phenotype profiles. We identified 42 smoking-methylation and 42 smoking-expression signals, where five genes (AHRR, CYP1A1, CYP1B1, CYTL1, F2RL3) were both hypo-methylated and up-regulated in smokers. We replicated and validated a proportion of the signals in blood, adipose, skin, and lung tissue datasets, identifying tissue-shared effects. Smoking leaves systemic imprints on DNA methylation after smoking cessation, with stronger but shorter-lived effects on gene expression. We tested for associations between the observed smoking signals and several adiposity phenotypes that constitute cardio-metabolic disease risk. Visceral fat and android/gynoid ratio were associated with methylation at smoking-markers with functional impacts on expression, such as CYP1A1, and in signals shared across tissues, such as NOTCH1. At smoking-signals BHLHE40 and AHRR DNA methylation and gene expression levels in current smokers were predictive of future gain in visceral fat upon smoking cessation. Our results provide the first comprehensive characterization of coordinated DNA methylation and gene expression markers of smoking in adipose tissue, a subset of which link to human cardio-metabolic health and may give insights into the wide-ranging risk effects of smoking across the body.

Primary mitochondrial diseases (PMDs) are among the most common inherited neurological disorders. They are caused by pathogenic variants in mitochondrial or nuclear DNA that disrupt mitochondrial structure and/or function, leading to impaired oxidative phosphorylation (OXPHOS). One emerging subcategory of PMDs involves defective phospholipid (PL) metabolism. Cardiolipin (CL), the signature PL of mitochondria, resides primarily in the inner mitochondrial membrane, where it is biosynthesised and remodelled via multiple enzymes and is fundamental to several aspects of mitochondrial biology. Genes that contribute to CL biosynthesis have recently been linked with PMD. However, the pathophysiological mechanisms that underpin human CL-related PMDs are not fully characterised. Here, we report six individuals, from three independent families, harbouring biallelic variants in PTPMT1, a mitochondrial tyrosine phosphatase required for de novo CL biosynthesis. All patients presented with a complex, neonatal/infantile onset neurological and neurodevelopmental syndrome comprising developmental delay, microcephaly, facial dysmorphism, epilepsy, spasticity, cerebellar ataxia and nystagmus, sensorineural hearing loss, optic atrophy, and bulbar dysfunction. Brain MRI revealed a variable combination of corpus callosum thinning, cerebellar atrophy, and white matter changes. Using patient-derived fibroblasts and skeletal muscle tissue, combined with cellular rescue experiments, we characterise the molecular defects associated with mutant PTPMT1 and confirm the downstream pathogenic effects that loss of PTPMT1 has on mitochondrial structure and function. To further characterise the functional role of PTPMT1 in CL homeostasis, we established a zebrafish ptpmt1 knockout model associated with abnormalities in body size, developmental alterations, decreased total CL levels, and OXPHOS deficiency. Together, these data indicate that loss of PTPMT1 function is associated with a new autosomal recessive PMD caused by impaired CL metabolism, highlight the contribution of aberrant CL metabolism towards human disease, and emphasise the importance of normal CL homeostasis during neurodevelopment.