Multifunctional stimuli-responsive nanotheranostic systems are highly desirable for realizing simultaneous biomedical imaging and on-demand therapy with minimized adverse effects. Herein, we present the construction of an intelligent X-ray-controlled NO-releasing upconversion nanotheranostic system (termed as PEG-USMSs-SNO) by engineering UCNPs with S-nitrosothiol (R-SNO)-grafted mesoporous silica. The PEG-USMSs-SNO is designed to respond sensitively to X-ray radiation for breaking down the S-N bond of SNO to release NO, which leads to X-ray dose-controlled NO release for on-demand hypoxic radiosensitization besides upconversion luminescent imaging through UCNPs in vitro and in vivo. Thanks to the high live-body permeability of X-ray, our developed PEG-USMSs-SNO may provide a new technique for achieving depth-independent controlled NO release and positioned radiotherapy enhancement against deep-seated solid tumors.

Tobacco smoking is estimated to account for more than 1 million annual deaths in China, and the epidemic continues to increase in men. Large nationwide prospective studies linked to different health records can help to periodically assess disease burden attributed to smoking. We aimed to examine associations of smoking with incidence of and mortality from an extensive range of diseases in China.We analysed data from the prospective China Kadoorie Biobank, which recruited 512 726 adults aged 30-79 years, of whom 210 201 were men and 302 525 were women. Participants who had no major disabilities were identified through local residential records in 100-150 administrative units, which were randomly selected by use of multistage cluster sampling, from each of the ten diverse study areas of China. They were invited and recruited between June 25, 2004, and July 15, 2008. Upon study entry, trained health workers administered a questionnaire assessing detailed smoking behaviours and other key characteristics (eg, sociodemographics, lifestyle, and medical history). Participants were followed up via electronic record linkages to death and disease registries and health insurance databases, from baseline to Jan 1, 2018. During a median 11-year follow-up (IQR 10-12), 285 542 (55·7%) participants were ever hospitalised, 48 869 (9·5%) died, and 5252 (1·0%) were lost to follow-up during the age-at-risk of 35-84 years. Cox regression yielded hazard ratios (HRs) associating smoking with disease incidence and mortality, adjusting for multiple testing.At baseline, 74·3% of men and 3·2% of women (overall 32·4%) ever smoked regularly. During follow-up, 1 137 603 International Classification of Diseases, 10th revision (ICD-10)-coded incident events occurred, involving 476 distinct conditions and 85 causes of death, each with at least 100 cases. Compared with never-regular smokers, ever-regular smokers had significantly higher risks for nine of 18 ICD-10 chapters examined at age-at-risk of 35-84 years. For individual conditions, smokers had significantly higher risks of 56 diseases (50 for men and 24 for women) and 22 causes of death (17 for men and nine for women). Among men, ever-regular smokers had an HR of 1·09 (95% CI 1·08-1·11) for any disease incidence when compared with never-regular smokers, and significantly more episodes and longer duration of hospitalisation, particularly those due to cancer and respiratory diseases. For overall mortality, the HRs were greater in men from urban areas than in men from rural areas (1·50 [1·42-1·58] vs 1·25 [1·20-1·30]). Among men from urban areas who began smoking at younger than 18 years, the HRs were 2·06 (1·89-2·24) for overall mortality and 1·32 (1·27-1·37) for any disease incidence. In this population, 19·6% of male (24·3% of men residing in urban settings and 16·2% of men residing in rural settings) and 2·8% of female deaths were attributed to ever-regular smoking.Among Chinese adults, smoking was associated with higher risks of morbidity and mortality from a wide range of diseases. Among men, the future smoking-attributed disease burden will increase further, highlighting a pressing need for reducing consumption through widespread cessation and uptake prevention.British Heart Foundation, Cancer Research UK, Chinese Ministry of Science and Technology, Kadoorie Charitable Foundation, UK Medical Research Council, National Natural Science Foundation of China, Wellcome Trust.

Previous studies of primarily Western populations have reported contrasting associations of dairy consumption with certain cancers, including a positive association with prostate cancer and inverse associations with colorectal and premenopausal breast cancers. However, there are limited data from China where cancer rates and levels of dairy consumption differ importantly from those in Western populations.The prospective China Kadoorie Biobank study recruited ~0.5 million adults from ten diverse (five urban, five rural) areas across China during 2004-2008. Consumption frequency of major food groups, including dairy products, was collected at baseline and subsequent resurveys, using a validated interviewer-administered laptop-based food frequency questionnaire. To quantify the linear association of dairy intake and cancer risk and to account for regression dilution bias, the mean usual consumption amount for each baseline group was estimated via combining the consumption level at both baseline and the second resurvey. During a mean follow-up of 10.8 (SD 2.0) years, 29,277 incident cancer cases were recorded among the 510,146 participants who were free of cancer at baseline. Cox regression analyses for incident cancers associated with usual dairy intake were stratified by age-at-risk, sex and region and adjusted for cancer family history, education, income, alcohol intake, smoking, physical activity, soy and fresh fruit intake, and body mass index.Overall, 20.4% of participants reported consuming dairy products (mainly milk) regularly (i.e. ≥1 day/week), with the estimated mean consumption of 80.8 g/day among regular consumers and of 37.9 g/day among all participants. There were significant positive associations of dairy consumption with risks of total and certain site-specific cancers, with adjusted HRs per 50 g/day usual consumption being 1.07 (95% CI 1.04-1.10), 1.12 (1.02-1.22), 1.19 (1.01-1.41) and 1.17 (1.07-1.29) for total cancer, liver cancer (n = 3191), female breast cancer (n = 2582) and lymphoma (n=915), respectively. However, the association with lymphoma was not statistically significant after correcting for multiple testing. No significant associations were observed for colorectal cancer (n = 3350, 1.08 [1.00-1.17]) or other site-specific cancers.Among Chinese adults who had relatively lower dairy consumption than Western populations, higher dairy intake was associated with higher risks of liver cancer, female breast cancer and, possibly, lymphoma.

Abstract Global profile of gene expression at single-cell resolution remains to be determined for primates. Using a recently developed technology (“Stereo-seq”), we have obtained a comprehensive single-cell spatial transcriptome map at the whole-brain level for cynomolgus monkeys, with ∼600 genes per cell for 10 μm-thick coronal sections (up to 15 cm 2 in size). Large-scale single-nucleus RNA-seq analysis for ∼1 million cells helped to identify cell types corresponding to Stereo-seq gene expression profiles, providing a 3-D cell type atlas of the monkey brain. Quantitative analysis of Stereo-seq data revealed molecular fingerprints that mark distinct neocortical layers and subregions, as well as domains within subcortical structures including hippocampus, thalamus, striatum, cerebellum, hypothalamus and claustrum. Striking whole-brain topography and coordinated patterns were found in the expression of genes encoding receptors and transporters for neurotransmitters and neuromodulators. These results pave the way for cellular and molecular understanding of organizing principles of the primate brain.

Abstract UK Biobank is a large-scale prospective epidemiological study with all data accessible to researchers worldwide. It is currently in the process of bringing back 100,000 of the original participants for brain, heart and body MRI, carotid ultrasound and low-dose bone/fat x-ray. The brain imaging component covers 6 modalities (T1, T2 FLAIR, susceptibility weighted MRI, Resting fMRI, Task fMRI and Diffusion MRI). Raw and processed data from the first 10,000 imaged subjects has recently been released for general research access. To help convert this data into useful summary information we have developed an automated processing and QC (Quality Control) pipeline that is available for use by other researchers. In this paper we describe the pipeline in detail, following a brief overview of UK Biobank brain imaging and the acquisition protocol. We also describe several quantitative investigations carried out as part of the development of both the imaging protocol and the processing pipeline.

SUMMARY Pancreatic Ductal Adenocarcinoma (PDAC) is a lethal disease with limited treatment options and poor survival. We studied 73 samples from 21 patients (7 treatment-naïve and 14 treated with neoadjuvant regimens), analyzing distinct spatial units and performing bulk proteogenomics, single cell sequencing, and cellular imaging. Spatial drivers, including mutant KRAS , SMAD4 , and GNAQ, were associated with differential phosphosignaling and metabolic responses compared to wild type. Single cell subtyping discovered 12 of 21 tumors with mixed basal and classical features. Trefoil factor family members were upregulated in classical populations, while the basal populations showed enhanced expression of mesenchymal genes, including VIM and IGTB1 . Acinar-ductal metaplasia (ADM) populations, present in 95% of patients, with 46% reduction of driver mutation fractions compared to tumor populations, exhibited suppressive and oncogenic features linked to morphologic states. We identified coordinated expression of TIGIT in exhausted and regulatory T cells and Nectin receptor expression in tumor cells. Higher expression of angiogenic and stress response genes in dendritic cells compared to tumor cells suggests they have a pro-tumorigenic role in remodeling the microenvironment. Treated samples contain a three-fold enrichment of inflammatory CAFs when compared to untreated samples, while other CAF subtypes remain similar. A subset of tumor and/or ADM-specific biomarkers showed differential expression between treatment groups, and several known drug targets displayed potential cross-cell type reactivities. This resolution that spatially defined single cell omics provides reveals the diversity of tumor and microenvironment populations in PDAC. Such understanding may lead to more optimal treatment regimens for patients with this devastating disease. HIGHLIGHTS Acinar-ductal metaplasia (ADM) cells represent a genetic and morphologic transition state between acinar and tumor cells. Inflammatory cancer associated fibroblasts (iCAFs) are a major component of the PDAC TME and are significantly higher in treated samples Receptor-ligand analysis reveals tumor cell-TME interactions through NECTIN4-TIGIT Tumor and ADM cell proteogenomics differ between treated and untreated samples, with unique and shared potential drug targets

Abstract Since the detection of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in human breastmilk, little is known about the antiviral property of human breastmilk to SARS-CoV-2 and its related pangolin coronavirus (GX_P2V). Here we present for the first time that whey protein from human breastmilk effectively inhibited both SARS-CoV-2 and GX_P2V by blocking viral attachment, entry and even post-entry viral replication. Moreover, human whey protein inhibited infectious virus production proved by the plaque assay. We found that whey protein from different species such as cow and goat also showed anti-coronavirus properties. And commercial bovine milk also showed similar activity. Interestingly, the main antimicrobial components of breastmilk, such as Lactoferrin and IgA antibody, showed limited anti-coronavirus activity, indicating that other factors of breastmilk may play the important anti-coronavirus role. Taken together, we reported that whey protein inhibits SARS-CoV-2 and its related virus of GX_P2V. These results rule out whey protein as a direct-acting inhibitor of SARS-CoV-2 and GX_P2V infection and replication and further investigation of its molecular mechanism of action in the context of COVID-19.

Microscopic diffusion anisotropy imaging using diffusion-weighted MRI and multidimensional diffusion encoding is a promising method for quantifying clinically and scientifically relevant microstructural properties of neural tissue. Several methods for estimating microscopic fractional anisotropy (µFA), a normalized measure of microscopic diffusion anisotropy, have been introduced but the differences between the methods have received little attention thus far. In this study, the accuracy and precision of µFA estimation using q-space trajectory encoding and different signal models were assessed using imaging experiments and simulations. Three healthy volunteers and a microfibre phantom were imaged with five non-zero b-values and gradient waveforms encoding linear and spherical b-tensors. Since the ground-truth µFA was unknown in the imaging experiments, Monte Carlo random walk simulations were performed using axon-mimicking fibres for which the ground truth was known. Furthermore, parameter bias due to time-dependent diffusion was quantified by repeating the simulations with tuned waveforms, which have similar power spectra, and with triple diffusion encoding, which, unlike q-space trajectory encoding, is not based on the assumption of time-independent diffusion. The truncated cumulant expansion of the powder-averaged signal, gamma-distributed diffusivities assumption, and q-space trajectory imaging, a generalization of the truncated cumulant expansion to individual signals, were used to estimate µFA. The gamma-distributed diffusivities assumption consistently resulted in greater µFA values than the second order cumulant expansion, 0.1 greater when averaged over the whole brain. In the simulations, the generalized cumulant expansion provided the most accurate estimates. Importantly, although time-dependent diffusion caused significant overestimation of µFA using all the studied methods, the simulations suggest that the resulting bias in µFA is less than 0.1 in human white matter.

SUMMARY Despite extensive mapping of three-dimensional (3D) chromatin structures, the basic principles underlying genome folding remain unknown. Here, we report a fundamental role for L1 and B1 retrotransposons in shaping the macroscopic 3D genome structure. Homotypic clustering of B1 and L1 repeats in the nuclear interior or at the nuclear and nucleolar peripheries, respectively, segregates the genome into mutually exclusive nuclear compartments. This spatial segregation of L1 and B1 is conserved in mouse and human cells, and occurs dynamically during establishment of the 3D chromatin structure in early embryogenesis and the cell cycle. Depletion of L1 transcripts drastically disrupts the spatial distributions of L1- and B1-rich compartments. L1 transcripts are strongly associated with L1 DNA sequences and induce phase separation of the heterochromatin protein HP1α. Our results suggest that genomic repeats act as the blueprint of chromatin macrostructure, thus explaining the conserved higher-order structure of chromatin across mammalian cells.

Abstract Background The rumen microbiota provides essential services to its host and, through its role in ruminant production, contributes to human nutrition and food security. A thorough knowledge of the genetic potential of rumen microbes will provide opportunities for improving the sustainability of ruminant production systems. The availability of gene reference catalogs from gut microbiomes has advanced the understanding of the role of the microbiota in health and disease in humans and other mammals. In this work, we established a catalog of reference prokaryote genes from the bovine rumen. Results Using deep metagenome sequencing we identified 13,825,880 non-redundant prokaryote genes from the bovine rumen. Compared to human, pig and mouse gut metagenome catalogs, the rumen is larger and richer in functions and microbial species associated with the degradation of plant cell wall material and production of methane. Genes encoding enzymes catalyzing the breakdown of plant polysaccharides showed a particularly high richness that is otherwise impossible to infer from available genomes or shallow metagenomics sequencing. The catalog expands by several folds the dataset of carbohydrate-degrading enzymes described in the rumen. Using an independent dataset from a group of 77 cattle fed 4 common dietary regimes, we found that only <0.1% of genes were shared by all animals, which contrast with a large overlap for functions, i.e. 63% for KEGG functions. Different diets induced differences in the relative abundance rather than the presence or absence of genes explaining the great adaptability of cattle to rapidly adjust to dietary changes. Conclusions These data bring new insights into functions, carbohydrate-degrading enzymes and microbes of the rumen that is complementing the available information on microbial genomes. The catalog is a significant biological resource enabling deeper understanding of phenotypes and biological processes and will be expanded as new data is made available.