Fat-Burning Fat In mammals, fat exists in two forms—the well-known white adipose tissue (WAT), which stores energy and is associated with obesity, and the lesser-known brown adipose tissue (BAT), which burns energy to generate heat. BAT's role in human physiology was once thought to be restricted to newborns, but the recent discovery that adults also harbor functional BAT has re-ignited interest in the factors regulating BAT development and their potential as targets for anti-obesity therapies. Vegiopoulos et al. (p. 1158 , published online 6 May; see the Perspective Ishibashi and Seale ) now show that cyclooxygenase-2 (COX-2), an enzyme critical to prostaglandin synthesis, triggers fat progenitor cells in mice to differentiate into BAT rather than WAT. Mice overexpressing COX-2 displayed increased energy expenditure and were protected from diet-induced obesity.

Abstract Single-cell technologies have transformed our understanding of human tissues. Yet, studies typically capture only a limited number of donors and disagree on cell type definitions. Integrating many single-cell datasets can address these limitations of individual studies and capture the variability present in the population. Here we present the integrated Human Lung Cell Atlas (HLCA), combining 49 datasets of the human respiratory system into a single atlas spanning over 2.4 million cells from 486 individuals. The HLCA presents a consensus cell type re-annotation with matching marker genes, including annotations of rare and previously undescribed cell types. Leveraging the number and diversity of individuals in the HLCA, we identify gene modules that are associated with demographic covariates such as age, sex and body mass index, as well as gene modules changing expression along the proximal-to-distal axis of the bronchial tree. Mapping new data to the HLCA enables rapid data annotation and interpretation. Using the HLCA as a reference for the study of disease, we identify shared cell states across multiple lung diseases, including SPP1 + profibrotic monocyte-derived macrophages in COVID-19, pulmonary fibrosis and lung carcinoma. Overall, the HLCA serves as an example for the development and use of large-scale, cross-dataset organ atlases within the Human Cell Atlas.

Abstract Lung transplantation (LTx) is the only definite treatment option of patients suffering from end- stage lung disease. Long-term outcome is hampered by chronic allograft dysfunction resulting from poorly defined immune mechanisms. In this study of 97 lung recipients, we demonstrate dynamic changes of T, B and NK cell subsets early after lung transplantation with a selective decrease in memory CD4 + and CD8 + T cells accompanied by a relative increase in NK cells. Simultaneously, donor-derived T and NK cells were detected in recipient blood (n=44) immediately after LTx, persisting for three weeks. Donor T and NK cells displayed a CD69 + but CD103 - CD49a - CD25 - phenotype, which was shared by T and NK cells in lung perfusion solutions. In order to uncover the origin of these donor T and NK cells, the immune compartment of human lung explant tissue, i.e. trachea and parenchyma, was analyzed and it revealed three major subsets: classical circulating CD69 - CD103 - CD49a - T and NK cells, CD69 + CD103 + CD49a + tissue-resident memory (TRM) T and NK cells and CD69 + CD103 - CD49a - TRM-like T and NK cells. Single-cell RNA sequencing confirmed the presence of TRM-like subsets with unique features, which reflected the phenotypes of donor T and NK cells and created a transient chimerism in recipient blood. Higher frequencies of donor T cells within the first three weeks showed a tendency for protection from chronic lung allograft dysfunction (CLAD) two years after transplantation although the correlation analyses did not reach statistical significance. To the best of our knowledge, we show for the first time that a transient chimerism is established within the first weeks after lung transplantation by donor TRM- like T and NK cells, which may contribute to protection from chronic lung allograft dysfunction (CLAD) development. Single Sentence Summary Donor TRM-like T and NK cells cause a transient chimerism in lung recipients and potentially contribute to protection from CLAD .

Summary During embryogenesis, distinct cardiac cell types form, which shape the structural and functional properties of the heart. How their activity is coordinated is largely unknown. Here we show that Rnf20 is a multifaceted regulator of cardiac morphogenesis and function. On the one hand, Rnf20 controls extracellular matrix dynamics and endothelial-cardiomyocyte crosstalk essential for second heart field development. On the other hand, it safeguards endothelial cell identity and function by maintaining physiological angiocrine signaling and preventing endothelial-to-mesenchymal transition. Endothelial-specific deletion of Rnf20 led to ventricular septal defects, myocardial thinning and cardiac dysfunction as a result of aberrant signaling and excessive extracellular matrix deposition that induced precocious cardiomyocyte binucleation and irregular contractility. Furthermore, we uncovered upstream factors (e.g. Sox9) and multiple angiocrine and extracellular matrix molecules that alter cardiomyocyte functionality upon endothelial Rnf20 loss. In summary, our work identifies a novel, endothelial-specific role of Rnf20 in regulating cardiac morphogenesis and function.

Background & AimsAfter pediatric liver transplantation (pLT), children undergo life-long immunosuppression since reliable biomarkers for the assessment of rejection probability are scarce. In the multicentre (n=7) prospective clinical cohort "ChilSFree" study, we aimed to characterize longitudinal dynamics of soluble and cellular immune mediators during the first year after pLT and identify early biomarkers associated with outcome.MethodsUsing paired Luminex-based multiplex technique and flow cytometry, we characterized longitudinal dynamics of soluble immune mediators (SIM, n=50) and immune cells in the blood of 244 patients at 8 visits over one year: before, 7/14/21/28 days, 3/6/12 months after pLT.ResultsThe unsupervised clustering of patients based on SIM profiles revealed 6 unique SIM signatures associated with clinical outcome. From 3 signatures linked to improved outcome, one was associated with one-year-long rejection-free survival and stable graft function and was characterized by low levels of pro-inflammatory (CXCL8/9/10/12, CCL7, SCGF-β, sICAM-1), high levels of regenerative (SCF, TNF-β), and pro-apoptotic (TRAIL) SIM (all, p<0.001, fold change >100). Of note, this SIM signature appeared two weeks after pLT and remained stable over the entire year, pointing towards its potential as a novel early biomarker for minimizing or weaning immunosuppression. In the blood of these patients, a higher frequency of CD56bright NK cells (p<0.01), a known hallmark also associated with operationally tolerant pLT patients, was detected. The concordance of the model for prediction of rejection based on identified SIM signatures was 0.715, and 0.795, in combination with living-related transplantation as co-variate, respectively.ConclusionsSIM blood signatures may enable the non-invasive and early assessment of rejection risks in the first year after pLT, paving the way to improved therapeutic options.

ABSTRACT Organ- and body-scale cell atlases have the potential to transform our understanding of human biology. To capture the variability present in the population, these atlases must include diverse demographics such as age and ethnicity from both healthy and diseased individuals. The growth in both size and number of single-cell datasets, combined with recent advances in computational techniques, for the first time makes it possible to generate such comprehensive large-scale atlases through integration of multiple datasets. Here, we present the integrated Human Lung Cell Atlas (HLCA) combining 46 datasets of the human respiratory system into a single atlas spanning over 2.2 million cells from 444 individuals across health and disease. The HLCA contains a consensus re-annotation of published and newly generated datasets, resolving under- or misannotation of 59% of cells in the original datasets. The HLCA enables recovery of rare cell types, provides consensus marker genes for each cell type, and uncovers gene modules associated with demographic covariates and anatomical location within the respiratory system. To facilitate the use of the HLCA as a reference for single-cell lung research and allow rapid analysis of new data, we provide an interactive web portal to project datasets onto the HLCA. Finally, we demonstrate the value of the HLCA reference for interpreting disease-associated changes. Thus, the HLCA outlines a roadmap for the development and use of organ-scale cell atlases within the Human Cell Atlas.

The COVID-19 pandemic, caused by the novel coronavirus SARS-CoV-2, creates an urgent need for identifying molecular mechanisms that mediate viral entry, propagation, and tissue pathology. Cell membrane bound angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) and associated proteases, transmembrane protease serine 2 (TMPRSS2) and Cathepsin L (CTSL), were previously identified as mediators of SARS-CoV2 cellular entry. Here, we assess the cell type-specific RNA expression of ACE2, TMPRSS2, and CTSL through an integrated analysis of 107 single-cell and single-nucleus RNA-Seq studies, including 22 lung and airways datasets (16 unpublished), and 85 datasets from other diverse organs. Joint expression of ACE2 and the accessory proteases identifies specific subsets of respiratory epithelial cells as putative targets of viral infection in the nasal passages, airways, and alveoli. Cells that co-express ACE2 and proteases are also identified in cells from other organs, some of which have been associated with COVID-19 transmission or pathology, including gut enterocytes, corneal epithelial cells, cardiomyocytes, heart pericytes, olfactory sustentacular cells, and renal epithelial cells. Performing the first meta-analyses of scRNA-seq studies, we analyzed 1,176,683 cells from 282 nasal, airway, and lung parenchyma samples from 164 donors spanning fetal, childhood, adult, and elderly age groups, associate increased levels of ACE2, TMPRSS2, and CTSL in specific cell types with increasing age, male gender, and smoking, all of which are epidemiologically linked to COVID-19 susceptibility and outcomes. Notably, there was a particularly low expression of ACE2 in the few young pediatric samples in the analysis. Further analysis reveals a gene expression program shared by ACE2+TMPRSS2+ cells in nasal, lung and gut tissues, including genes that may mediate viral entry, subtend key immune functions, and mediate epithelial-macrophage cross-talk. Amongst these are IL6, its receptor and co-receptor, IL1R, TNF response pathways, and complement genes. Cell type specificity in the lung and airways and smoking effects were conserved in mice. Our analyses suggest that differences in the cell type-specific expression of mediators of SARS-CoV-2 viral entry may be responsible for aspects of COVID-19 epidemiology and clinical course, and point to putative molecular pathways involved in disease susceptibility and pathogenesis.### Competing Interest StatementN.K. was a consultant to Biogen Idec, Boehringer Ingelheim, Third Rock, Pliant, Samumed, NuMedii, Indaloo, Theravance, LifeMax, Three Lake Partners, Optikira and received non-financial support from MiRagen. All of these outside the work reported. J.L. is a scientific consultant for 10X Genomics Inc A.R. is a co-founder and equity holder of Celsius Therapeutics, an equity holder in Immunitas, and an SAB member of ThermoFisher Scientific, Syros Pharmaceuticals, Asimov, and Neogene Therapeutics O.R.R., is a co-inventor on patent applications filed by the Broad Institute to inventions relating to single cell genomics applications, such as in PCT/US2018/060860 and US Provisional Application No. 62/745,259. A.K.S. compensation for consulting and SAB membership from Honeycomb Biotechnologies, Cellarity, Cogen Therapeutics, Orche Bio, and Dahlia Biosciences. S.A.T. was a consultant at Genentech, Biogen and Roche in the last three years. F.J.T. reports receiving consulting fees from Roche Diagnostics GmbH, and ownership interest in Cellarity Inc. L.V. is funder of Definigen and Bilitech two biotech companies using hPSCs and organoid for disease modelling and cell based therapy.