What to expect after a year in space Space is the final frontier for understanding how extreme environments affect human physiology. Following twin astronauts, one of which spent a year-long mission on the International Space Station, Garrett-Bakelman et al. examined molecular and physiological traits that may be affected by time in space (see the Perspective by Löbrich and Jeggo). Sequencing the components of whole blood revealed that the length of telomeres, which is important to maintain in dividing cells and may be related to human aging, changed substantially during space flight and again upon return to Earth. Coupled with changes in DNA methylation in immune cells and cardiovascular and cognitive effects, this study provides a basis to assess the hazards of long-term space habitation. Science , this issue p. eaau8650 ; see also p. 127

Type 2 diabetes mellitus (T2D) is a growing health problem, but little is known about its early disease stages, its effects on biological processes or the transition to clinical T2D. To understand the earliest stages of T2D better, we obtained samples from 106 healthy individuals and individuals with prediabetes over approximately four years and performed deep profiling of transcriptomes, metabolomes, cytokines, and proteomes, as well as changes in the microbiome. This rich longitudinal data set revealed many insights: first, healthy profiles are distinct among individuals while displaying diverse patterns of intra- and/or inter-personal variability. Second, extensive host and microbial changes occur during respiratory viral infections and immunization, and immunization triggers potentially protective responses that are distinct from responses to respiratory viral infections. Moreover, during respiratory viral infections, insulin-resistant participants respond differently than insulin-sensitive participants. Third, global co-association analyses among the thousands of profiled molecules reveal specific host-microbe interactions that differ between insulin-resistant and insulin-sensitive individuals. Last, we identified early personal molecular signatures in one individual that preceded the onset of T2D, including the inflammation markers interleukin-1 receptor agonist (IL-1RA) and high-sensitivity C-reactive protein (CRP) paired with xenobiotic-induced immune signalling. Our study reveals insights into pathways and responses that differ between glucose-dysregulated and healthy individuals during health and disease and provides an open-access data resource to enable further research into healthy, prediabetic and T2D states.

Acute physical activity leads to several changes in metabolic, cardiovascular, and immune pathways. Although studies have examined selected changes in these pathways, the system-wide molecular response to an acute bout of exercise has not been fully characterized. We performed longitudinal multi-omic profiling of plasma and peripheral blood mononuclear cells including metabolome, lipidome, immunome, proteome, and transcriptome from 36 well-characterized volunteers, before and after a controlled bout of symptom-limited exercise. Time-series analysis revealed thousands of molecular changes and an orchestrated choreography of biological processes involving energy metabolism, oxidative stress, inflammation, tissue repair, and growth factor response, as well as regulatory pathways. Most of these processes were dampened and some were reversed in insulin-resistant participants. Finally, we discovered biological pathways involved in cardiopulmonary exercise response and developed prediction models revealing potential resting blood-based biomarkers of peak oxygen consumption.

SUMMARY Maternal drug exposure during pregnancy increases the risks of developmental cardiotoxicity, leading to congenital heart defects (CHDs). In this study, we used human stem cells as an in-vitro system to interrogate the mechanisms underlying drug-induced toxicity during cardiomyocyte differentiation, including anticancer tyrosine kinase inhibitor (TKI) drugs (imatinib, sunitinib, and vandetanib). H1-ESCs were treated with these drugs at sublethal levels during cardiomyocyte differentiation. We found that early exposure to TKIs during differentiation induced obvious toxic effects in differentiated cardiomyocytes, including disarranged sarcomere structure, interrupted Ca 2+ -handling, and impaired mitochondrial function. As sunitinib exposure showed the most significant developmental cardiotoxicity of all TKIs, we further examine its effect with in-vivo experiments. Maternal sunitinib exposure caused fetal death, bioaccumulation, and histopathologic changes in the neonatal mice. Integrative analysis of both transcriptomic and chromatin accessibility landscapes revealed that TKI-exposure altered GATA4-mediated regulatory network, which included key mitochondrial genes. Overexpression of GATA4 with CRISPR-activation restored morphologies, contraction, and mitochondria function in cardiomyocytes upon TKI exposure early during differentiation. Altogether, our study identified a novel crosstalk mechanism between GATA4 activity and mitochondrial function during cardiomyocyte differentiation, and revealed potential therapeutic approaches for reducing TKI-induced developmental cardiotoxicity for human health. Highlights Early-stage exposure to TKIs induced cardiotoxicity and mitochondrial dysfunction GATA4 transcriptional activity is inhibited by TKIs Network analysis reveals interactions between GATA4 and mitochondrial genes GATA4-overexpression rescues cardiomyocytes and mitochondria from TKI exposure

Exercise testing is routinely used in clinical practice to assess fitness - a strong predictor of survival - as well as causes of exercise limitations. While these studies often focus on cardiopulmonary response and selected molecular pathways, the dynamic system-wide molecular response to exercise has not been fully characterized. We performed a longitudinal multi-omic profiling of plasma and peripheral blood mononuclear cells including transcriptome, immunome, proteome, metabolome and lipidome in 36 well-characterized volunteers before and after a controlled bout of acute exercise (2, 15, 30 min and 1 hour in recovery). Integrative analysis revealed an orchestrated choreography of biological processes across key tissues. Most of these processes were dampened in insulin resistant participants. Finally, we discovered biological pathways involved in exercise capacity and developed prediction models revealing potential resting blood-based biomarkers of fitness.