Gold nanohexapods represent a novel class of optically tunable nanostructures consisting of an octahedral core and six arms grown on its vertices. By controlling the length of the arms, their localized surface plasmon resonance peaks could be tuned from the visible to the near-infrared region for deep penetration of light into soft tissues. Herein we compare the in vitro and in vivo capabilities of Au nanohexapods as photothermal transducers for theranostic applications by benchmarking against those of Au nanorods and nanocages. While all these Au nanostructures could absorb and convert near-infrared light into heat, Au nanohexapods exhibited the highest cellular uptake and the lowest cytotoxicity in vitro for both the as-prepared and PEGylated nanostructures. In vivo pharmacokinetic studies showed that the PEGylated Au nanohexapods had significant blood circulation and tumor accumulation in a mouse breast cancer model. Following photothermal treatment, substantial heat was produced in situ and the tumor metabolism was greatly reduced for all these Au nanostructures, as determined with 18F-flourodeoxyglucose positron emission tomography/computed tomography (18F-FDG PET/CT). Combined together, we can conclude that Au nanohexapods are promising candidates for cancer theranostics in terms of both photothermal destruction and contrast-enhanced diagnosis.

Paradigm-shifting studies in the mouse have identified tissue macrophage heterogeneity as a critical determinant of immune responses. In contrast, surprisingly little is known regarding macrophage heterogeneity in humans. Macrophages within the mouse heart are partitioned into CCR2− and CCR2+ subsets with divergent origins, repopulation mechanisms, and functions. Here, we demonstrate that the human myocardium also contains distinct subsets of CCR2− and CCR2+ macrophages. Analysis of sex-mismatched heart transplant recipients revealed that CCR2− macrophages are a tissue-resident population exclusively replenished through local proliferation, whereas CCR2+ macrophages are maintained through monocyte recruitment and proliferation. Moreover, CCR2− and CCR2+ macrophages have distinct functional properties, analogous to reparative CCR2− and inflammatory CCR2+ macrophages in the mouse heart. Clinically, CCR2+ macrophage abundance is associated with left ventricular remodeling and systolic function in heart failure patients. Collectively, these observations provide initial evidence for the functional importance of macrophage heterogeneity in the human heart. Study of macrophage heterogeneity in human hearts reveals a subset of inflammatory macrophages that is associated with cardiac dysfunction in patients with heart failure.

Neuritic retraction represents a prominent feature of the degenerative phenotype associated with mutations in leucine rich repeat kinase 2 (LRRK2) that are implicated in autosomal dominant and some cases of sporadic Parkinson's disease. Alterations in macroautophagy, the vacuolar catabolism of cytoplasmic constituents, have been described in Parkinson's disease. In this study, we utilized retinoic-acid differentiated SH-SY5Y cells to determine whether autophagy contributes to mutant LRRK2-associated neurite degeneration. Transfection of pre-differentiated SH-SY5Y cells with LRRK2 cDNA containing the common G2019S mutation resulted in significant decreases in neurite length, which were not observed in cells transfected with wild type LRRK2 or its kinase-dead K1906M mutation. G2019S LRRK2 transfected cells also exhibited striking increases in autophagic vacuoles in both neuritic and somatic compartments, as demonstrated by fluorescence and western blot analysis of the autophagy marker green fluorescent protein-tagged microtubule-associated protein Light Chain 3 and by transmission electron microscopy. RNA interference knockdown of LC3 or Atg7, two essential components of the conserved autophagy machinery, reversed the effects of G2019S LRRK2 expression on neuronal process length, whereas rapamycin potentiated these effects. The mitogen activated protein kinase/extracellular signal regulated protein kinase (MAPK/ERK) kinase (MEK) inhibitor 1,4-diamino-2,3-dicyano-1,4-bis[2-aminophenylthio]butadiene (U0126) reduced LRRK2-induced neuritic autophagy and neurite shortening, implicating MAPK/ERK-related signaling. These results indicate an active role for autophagy in neurite remodeling induced by pathogenic mutation of LRRK2.

The mammalian target of rapamycin, mTOR, is a central regulator of cell growth. Its activity is regulated by Rheb, a Ras-like small guanosine triphosphatase (GTPase), in response to growth factor stimulation and nutrient availability. We show that Rheb regulates mTOR through FKBP38, a member of the FK506-binding protein (FKBP) family that is structurally related to FKBP12. FKBP38 binds to mTOR and inhibits its activity in a manner similar to that of the FKBP12-rapamycin complex. Rheb interacts directly with FKBP38 and prevents its association with mTOR in a guanosine 5′-triphosphate (GTP)–dependent manner. Our findings suggest that FKBP38 is an endogenous inhibitor of mTOR, whose inhibitory activity is antagonized by Rheb in response to growth factor stimulation and nutrient availability.

With Au nanocages as an example, we recently demonstrated that radioactive 198Au could be incorporated into the crystal lattice of Au nanostructures for simple and reliable quantification of their in vivo biodistribution by measuring the γ radiation from 198Au decay and for optical imaging by detecting the Cerenkov radiation. Here we extend the capability of this strategy to synthesize radioactive 198Au nanostructures with a similar size but different shapes and then compare their biodistribution, tumor uptake, and intratumoral distribution using a murine EMT6 breast cancer model. Specifically, we investigated Au nanospheres, nanodisks, nanorods, and cubic nanocages. After PEGylation, an aqueous suspension of the radioactive Au nanostructures was injected into a tumor-bearing mouse intravenously, and their biodistribution was measured from the γ radiation while their tumor uptake was directly imaged using the Cerenkov radiation. Significantly higher tumor uptake was observed for the Au nanospheres and nanodisks relative to the Au nanorods and nanocages at 24 h postinjection. Furthermore, autoradiographic imaging was performed on thin slices of the tumor after excision to resolve the intratumoral distributions of the nanostructures. While both the Au nanospheres and nanodisks were only observed on the surfaces of the tumors, the Au nanorods and nanocages were distributed throughout the tumors.

Abstract Cardiac fibrosis is causally linked to heart failure pathogenesis and adverse clinical outcomes. However, the precise fibroblast populations that drive fibrosis in the human heart and the mechanisms that govern their emergence remain incompletely defined. Here, we performed Cellular Indexing of Transcriptomes and Epitomes by sequencing (CITE-seq) in 22 explanted human hearts from healthy donors, acute myocardial infarction (MI), and chronic ischemic and non-ischemic cardiomyopathy patients. We identified a fibroblast trajectory marked by fibroblast activator protein (FAP) and periostin (POSTN) expression that was independent of myofibroblasts, peaked early after MI, remained elevated in chronic heart failure, and displayed a transcriptional signature consistent with fibrotic activity. We assessed the applicability of cardiac fibrosis models and demonstrated that mouse MI, angiotensin II/phenylephrine infusion, and pressure overload models were superior compared to cultured human heart and dermal fibroblasts in recapitulating cardiac fibroblast diversity including pathogenic cell states. Ligand-receptor analysis and spatial transcriptomics predicted interactions between macrophages, T cells, and fibroblasts within spatially defined niches. CCR2 + monocyte and macrophage states were the dominant source of ligands targeting fibroblasts. Inhibition of IL-1β signaling to cardiac fibroblasts was sufficient to suppress fibrosis, emergence, and maturation of FAP + POSTN + fibroblasts. Herein, we identify a human fibroblast trajectory marked by FAP and POSTN expression that is associated with cardiac fibrosis and identify macrophage-fibroblast crosstalk mediated by IL-1β signaling as a key regulator of pathologic fibroblast differentiation and fibrosis.

Summary Cardiac macrophages represent a heterogeneous cell population with distinct origins, dynamics, and functions. Recent studies have revealed that C-C Chemokine Receptor 2 positive (CCR2+) macrophages derived from infiltrating monocytes regulate myocardial inflammation and heart failure pathogenesis. Comparatively little is known about the functions of tissue resident (CCR2−) macrophages. Herein, we identify an essential role for CCR2− macrophages in the chronically failing heart. Depletion of CCR2− macrophages in mice with dilated cardiomyopathy accelerated mortality and impaired ventricular remodeling and coronary angiogenesis, adaptive changes necessary to maintain cardiac output in the setting of reduced cardiac contractility. Mechanistically, CCR2− macrophages interacted with neighboring cardiomyocytes via focal adhesion complexes and were activated in response to mechanical stretch through a transient receptor potential vanilloid 4 (TRPV4) dependent pathway that controlled growth factor expression. These findings establish a role for tissue resident macrophages in adaptive cardiac remodeling and introduce a new mechanism of cardiac macrophage activation.

Abstract Human endogenous retroviruses (HERV) could vertically transmit in a Mendelian fashion and stable maintenance in the human genome which are estimated to comprise about 8%. HERVs affect human physiology and pathology based on the effect of the provirus-encoded protein or LTR elements. The characterization of the genomic distribution is an essential step to understanding the relationship between endogenous retrovirus expression and diseases. However, the poorly characterization of HML-8 hinders a detailed understanding of the expression regulation of this family in human health and its actual impact on host genomes. In the light of this, the definition of a precise and updated HERV-K HML-8 genomic map is urgently needed. Here we report a comprehensive analysis of HERV-K HML-8 sequences presence and distribution within the human genome, with a detailed description of the different structural and phylogenetic aspects characterizing the group. A total of 40 proviruses and 5 solo LTR elements were characterized with a detailed description of provirus structure, integration time, potentially regulated genes, transcription factor binding sites, and primer binding site feature. The integration time results showed that the HML-8 elements found in the human genome have been integrated in the primate lineage between 23.5 and 52 million years ago (mya). Overall, the results have finally clarified the composition of HML-8, providing an exhaustive background for subsequent functional studies. Highlights ➢ A comprehensive characterization of the HERV-K (HML-8) in human genome. ➢ There is an apparent preference of HML-8 into intergenic regions and introns. ➢ There are two distinct clusters for the env region of the HML-8 elements. ➢ The average time of HML-8 integration in human is 37.1 mya.

Abstract Background Immune checkpoint inhibitors (ICIs), antibodies targeting PD-1/PD-L1 or CTLA4 have revolutionized cancer management but are associated with devastating immune-related adverse events (irAEs) including myocarditis. The main risk factor for ICI myocarditis is the use of combination PD-1 and CTLA4 inhibition. ICI-myocarditis is often fulminant and is pathologically characterized by myocardial infiltration of T lymphocytes and macrophages. While much has been learned regarding the role of T-cells in ICI-myocarditis, little is understood regarding the identity, transcriptional diversity, and functions of infiltrating macrophages. Methods We employed an established murine ICI myocarditis model ( Ctla4 +/- Pdcd1 -/- mice) to explore the cardiac immune landscape using single-cell RNA-sequencing, immunostaining, flow cytometry, in situ RNA hybridization and molecular imaging and antibody neutralization studies. Results We observed marked increases in CCR2 + monocyte-derived macrophages and CD8 + T-cells in this model. The macrophage compartment was heterogeneous and displayed marked enrichment in an inflammatory CCR2 + subpopulation highly expressing Cxcl9 , Cxcl10 , Gbp2b , and Fcgr4 that originated from CCR2 + monocytes. Importantly, a similar macrophage population expressing CXCL9 , CXCL10 , and CD16α (human homologue of mouse FcgR4) was found selectively expanded in patients with ICI myocarditis compared to other forms of heart failure and myocarditis. In silico prediction of cell-cell communication suggested interactions between T-cells and Cxcl9 + Cxcl10 + macrophages via IFN-γ and CXCR3 signaling pathways. Depleting CD8 + T-cells, macrophages, and blockade of IFN-γ signaling blunted the expansion of Cxcl9 + Cxcl10 + macrophages in the heart and attenuated myocarditis suggesting that this interaction was necessary for disease pathogenesis. Conclusion These data demonstrate that ICI-myocarditis is associated with the expansion of a specific population of IFN-γ induced inflammatory macrophages and suggest the possibility that IFN-γ blockade may be considered as a treatment option for this devastating condition.

Abstract The HIV-1 provirus mainly consists of internal coding region flanked by the 2 same long terminal repeats (LTRs) at each terminus. The LTRs play important roles in HIV-1 reverse transcription, integration, and transcription by the association with host factors. However, despite of the significant study advances of the internal coding regions of HIV-1 by using definite reference classification, there are no systematic classifications for HIV-1 5’ LTRs, which hinders our elaboration on 5’ LTR and a better understanding of the viral origin, spread and therapy. Here, by analyzing all available resources of 5’ LTR sequences in public databases following 4 recognized principles for the reference classification, 83 representatives and 14 consensus sequences were identified as representatives of 2 groups, 6 subtypes, 6 sub-subtypes, and 9 CRFs. To test the reliability of our established classification system, the constructed references were applied to identify the 5’ LTR assignment of the 22 clinical isolates in China. The results revealed that 16 out of 22 tested strains showed a consistent subtype classification with the previous LTR-independent classification system. However, 6 strains, for which recombination events within 5’ LTR were demonstrated, unexpectedly showed a different subtype classification, leading a significant change of binding sites for important transcription factors including SP1, p53, and NF-κB. The binding change of these transcriptional factors would probably affect the transcriptional activity of 5’ LTR. This study established a unified classification system for HIV-1 5’ LTRs, which will facilitate HIV-1 characterization and be helpful for both basic and clinical research fields. IMPORTANCE Here, a scientific, reliable, and usable classification system based on the 5’ LTR sequences was established, which will allow us to effectively facilitate the precise typing of HIV-1 strains. This classification system was applied to 22 HIV-1 strains circulating in China, we found that 6 out of 22 strains analyzed, belonged to a different subtype when our results were compared to those obtained with the previous LTR-independent classification system. Thus, these data demonstrated that our classification method could greatly improve the HIV-1 subtype classification. We found that 6 5’ LTR sequences showed recombination events, leading to a significant exchange of the binding sites of transcriptional factors. Thus, this work established a comprehensive HIV-1 5’ LTR classification system, which will help the scientific community to precisely characterize HIV-1 variants, and better understand the origin and spread of HIV-1 strains, and it also may be helpful for pathogenicity and transmissibility evaluation studies.