Summary

 Checkpoints that limit stem cell self-renewal in response to DNA damage can contribute to cancer protection but may also promote tissue aging. Molecular components that control stem cell responses to DNA damage remain to be delineated. Using in vivo RNAi screens, we identified basic leucine zipper transcription factor, ATF-like (BATF) as a major component limiting self-renewal of hematopoietic stem cells (HSCs) in response to telomere dysfunction and γ-irradiation. DNA damage induces BATF in a G-CSF/STAT3-dependent manner resulting in lymphoid differentiation of HSCs. BATF deletion improves HSC self-renewal and function in response to γ-irradiation or telomere shortening but results in accumulation of DNA damage in HSCs. Analysis of bone marrow from patients with myelodysplastic syndrome supports the conclusion that DNA damage-dependent induction of BATF is conserved in human HSCs. Together, these results provide experimental evidence that a BATF-dependent differentiation checkpoint limits self-renewal of HSCs in response to DNA damage.

SIRT6 belongs to the mammalian homologs of Sir2 histone NAD+-dependent deacylase family. In rodents, SIRT6 deficiency leads to aging-associated degeneration of mesodermal tissues. It remains unknown whether human SIRT6 has a direct role in maintaining the homeostasis of mesodermal tissues. To this end, we generated SIRT6 knockout human mesenchymal stem cells (hMSCs) by targeted gene editing. SIRT6-deficient hMSCs exhibited accelerated functional decay, a feature distinct from typical premature cellular senescence. Rather than compromised chromosomal stability, SIRT6-null hMSCs were predominately characterized by dysregulated redox metabolism and increased sensitivity to the oxidative stress. In addition, we found SIRT6 in a protein complex with both nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2) and RNA polymerase II, which was required for the transactivation of NRF2-regulated antioxidant genes, including heme oxygenase 1 (HO-1). Overexpression of HO-1 in SIRT6-null hMSCs rescued premature cellular attrition. Our study uncovers a novel function of SIRT6 in maintaining hMSC homeostasis by serving as a NRF2 coactivator, which represents a new layer of regulation of oxidative stress-associated stem cell decay.

Frailty is an intermediate status of the human aging process, associated with decompensated homeostasis and death. The immune phenotype of frailty and its underlying cellular and molecular processes remain poorly understood. We profiled 114,467 immune cells from cord blood, young adults and healthy and frail old adults using single-cell RNA and TCR sequencing. Here we show an age-dependent accumulation of transcriptome heterogeneity and variability in immune cells. Characteristic transcription factors were identified in given cell types of specific age groups. Trajectory analysis revealed cells from non-frail and frail old adults often fall into distinct paths. Numerous TCR clonotypes were shared among T-cell subtypes in old adults, indicating differential pluripotency and resilience capabilities of aged T cells. A frailty-specific monocyte subset was identified with exclusively high expression of long noncoding RNAs NEAT1 and MALAT1. Our study discovers human frailty-specific immune cell characteristics based on the comprehensive dimensions in the immune landscape of aging and frailty.

Abstract Mutations in the form of insertions and deletions (INDEL) in the calreticulin gene lead to essential thrombocythemia which is characterized by the formation of thrombosis. However, the connection between calreticulin INDEL and essential thrombocythemia remains largely elusive. Through combined molecular dynamics simulation and in-vitro studies on the wild type and mutated isoforms of calreticulin, the mechanism underlying the calreticulin INDEL induced essential thrombocythemia was investigated at the molecular level. Our results demonstrate that mutations in exon-9 could lead to significant conformational variations of calreticulin structure and thereby reducing its interaction with calcium ions due to decreased electrostatic contributions. The consequence of mutations on calreticulin’s structural integrity was revealed by identifying the key residues and their roles in calcium binding. Furthermore, mutations implemented by CRISPR-Cas9 in exon-9 showed diminished calcium signaling in HEK-293T cells, which agree well with our in-silico findings. The current study might help in understanding of the interactions between calreticulin exon-9 INDEL and calcium ions mediated by the structural variations of calreticulin. The results provide useful information for designing novel therapeutic approaches targeting essential thrombocythemia.

Abstract Cardiovascular disease is the leading cause of death worldwide due to the inability of adult heart to regenerate after injury. N 6 -methyladenosine (m 6 A) methylation catalyzed by the enzyme methyltransferase-like 3 (Mettl3) plays important roles in various physiological and pathological bioprocesses. However, the role of m 6 A in heart regeneration remains largely unclear. To study m 6 A function in heart regeneration, we modulated Mettl3 expression in vitro and in vivo. Knockdown of Mettl3 significantly increased the proliferation of cardiomyocytes and accelerated heart regeneration following heart injury in neonatal and adult mice. However, Mettl3 overexpression decreased cardiomyocyte proliferation and suppressed heart regeneration in postnatal mice. Conjoint analysis of methylated RNA immunoprecipitation sequencing (MeRIP-seq) and RNA-seq identified Fgf16 as a downstream target of Mettl3-mediated m 6 A modification during postnatal heart regeneration. RIP-qPCR and luciferase reporter assays revealed that Mettl3 negatively regulates Fgf16 mRNA expression in an m 6 A-Ythdf2-dependent manner. The silencing of Fgf16 suppressed the proliferation of cardiomyocytes. However, the overexpression of ΔFgf16, in which the m 6 A consensus sequence was mutated, significantly increased cardiomyocyte proliferation and accelerated heart regeneration in postnatal mice compared with wild-type Fgf16. Our data demonstrate that Mettl3 post-transcriptionally reduces Fgf16 mRNA levels through an m 6 A-Ythdf2-dependen pathway, thereby controlling cardiomyocyte proliferation and heart regeneration.

Abstract Efficient cutaneous wound healing requires a coordinated transition between inflammatory phases mediated by dynamic changes in leukocyte subset populations. Here, we identify STING as a key innate immune mediator governing timely resolution of inflammation by regulating macrophage dynamics during skin repair. Using a mouse model, we show STING deficiency caused delayed wound closure associated with abnormal persistence of TNF-α+ leukocytes. This resulted from the impaired macrophage recruitment. STING controlled the trafficking of bone marrow myeloid cells into blood and wounds, intrinsically enhancing macrophage migratory capacity through STAT3 activation. Specifically, STING modulated the production of monocyte chemokines and their receptors CCR2/CCR5 to enable efficient egress and wound infiltration. Consequently, disrupted systemic and local STING-STAT3-chemokine signaling combine to delay macrophage influx. This study elucidates STING as a critical rheostat tuning macrophage responses through STAT3 to orchestrate inflammatory resolution necessary for efficient wound healing. Our findings have broad implications for targeting STING therapeutically in both regenerative medicine and inflammatory disease contexts. STING regulates the macrophage trafficking through STAT3 in wound healing.