Acne affects 1 in 10 people globally, often resulting in disfigurement. The disease involves excess production of lipids, particularly squalene, increased growth of Cutibacterium acnes , and a host inflammatory response with foamy macrophages. By combining single-cell and spatial RNA sequencing as well as ultrahigh-resolution Seq-Scope analyses of early acne lesions on back skin, we identified TREM2 macrophages expressing lipid metabolism and proinflammatory gene programs in proximity to hair follicle epithelium expressing squalene epoxidase. We established that the addition of squalene induced differentiation of TREM2 macrophages in vitro, which were unable to kill C. acnes . The addition of squalene to macrophages inhibited induction of oxidative enzymes and scavenged oxygen free radicals, providing an explanation for the efficacy of topical benzoyl peroxide in the clinical treatment of acne. The present work has elucidated the mechanisms by which TREM2 macrophages and unsaturated lipids, similar to their involvement in atherosclerosis, may contribute to the pathogenesis of acne.

Abstract Infinium methylation arrays are not available for the vast majority of non-human mammals. Moreover, even if species-specific arrays were available, probe differences between them would confound cross-species comparisons. To address these challenges, we developed the mammalian methylation array, a single custom array that measures 36k CpGs that are well conserved across mammalian species. We designed a set of probes on the array that can tolerate specific cross-species mutations. We annotate the array in over 200 species and report CpG island status and chromatin states in select species. Calibration experiments demonstrate the high fidelity in humans, rats, and mice. The mammalian methylation array has several strengths: it applies to all mammalian species even those that have not yet been sequenced, it provides deep coverage of conserved cytosines facilitating the development epigenetic biomarkers, and it increases the probability that biological insights gained in one species will translate to others.

Summary

 The effects of fasting-mimicking diet (FMD) cycles in reducing many aging and disease risk factors indicate it could affect Alzheimer's disease (AD). Here, we show that FMD cycles reduce cognitive decline and AD pathology in E4FAD and 3xTg AD mouse models, with effects superior to those caused by protein restriction cycles. In 3xTg mice, long-term FMD cycles reduce hippocampal Aβ load and hyperphosphorylated tau, enhance genesis of neural stem cells, decrease microglia number, and reduce expression of neuroinflammatory genes, including superoxide-generating NADPH oxidase (Nox2). 3xTg mice lacking Nox2 or mice treated with the NADPH oxidase inhibitor apocynin also display improved cognition and reduced microglia activation compared with controls. Clinical data indicate that FMD cycles are feasible and generally safe in a small group of AD patients. These results indicate that FMD cycles delay cognitive decline in AD models in part by reducing neuroinflammation and/or superoxide production in the brain.

Maximum lifespan of a species is the oldest that individuals can survive, reflecting the genetic limit of longevity in an ideal environment. Here we report methylation-based models that accurately predict maximum lifespan (r=0.89), gestational time (r=0.96), and age at sexual maturity (r=0.87), using cytosine methylation patterns collected from over 12,000 samples derived from 192 mammalian species. Our epigenetic maximum lifespan predictor corroborated the extended lifespan in growth hormone receptor knockout mice and rapamycin treated mice. Across dog breeds, epigenetic maximum lifespan correlates positively with breed lifespan but negatively with breed size. Lifespan-related cytosines are located in transcriptional regulatory regions, such as bivalent chromatin promoters and polycomb-repressed regions, which were hypomethylated in long-lived species. The epigenetic estimators of maximum lifespan and other life history traits will be useful for characterizing understudied species and for identifying interventions that extend lifespan.

Abstract Species that hibernate live longer than would be expected based solely on their body size. Hibernation is characterized by long periods of metabolic suppression (torpor) interspersed by short periods of increased metabolism (arousal). The torpor-arousal cycles occur multiple times during hibernation, and it has been suggested that processes controlling the transition between torpor and arousal states cause aging suppression. Metabolic rate is also a known correlate of longevity, we thus proposed the ‘hibernation-aging hypothesis’ whereby aging is suspended during hibernation. We tested this hypothesis in a well-studied population of yellow-bellied marmots ( Marmota flaviventer ), which spend 7-8 months per year hibernating. We used two approaches to estimate epigenetic age: the epigenetic clock and the epigenetic pacemaker. Variation in epigenetic age of 149 samples collected throughout the life of 73 females were modeled using generalized additive mixed models (GAMM), where season (cyclic cubic spline) and chronological age (cubic spline) were fixed effects. As expected, the GAMM using epigenetic ages calculated from the epigenetic pacemaker was better able to detect nonlinear patterns in epigenetic age change over time. We observed a logarithmic curve of epigenetic age with time, where the epigenetic age increased at a higher rate until females reached sexual maturity (2-years old). With respect to circannual patterns, the epigenetic age increased during the summer and essentially stalled during the winter. Our enrichment analysis of age-related CpG sites revealed pathways related to development and cell differentiation, while the season-related CpGs enriched pathways related to central carbon metabolism, immune system, and circadian clock. Taken together, our results are consistent with the hibernation-aging hypothesis and may explain the enhanced longevity in hibernators.

Abstract The genus Quercus , which emerged ~55 million years ago during globally warm temperatures, diversified into ~450 species. We present a high-quality de novo genome assembly of a California endemic oak, Quercus lobata , revealing features consistent with oak evolutionary success. Effective population size remained large throughout history despite declining since the early Miocene. Analysis of 39,373 mapped protein-coding genes outlined copious duplications consistent with genetic and phenotypic diversity, both by retention of genes created during the ancient γ whole genome hexaploid duplication event and by tandem duplication within families, including the numerous resistance genes and also unexpected candidate genes for an incompatibility system involving multiple non-self-recognition genes. An additional surprising finding is that subcontext-specific patterns of DNA methylation associated with transposable elements reveal broadly-distributed heterochromatin in intergenic regions, similar to grasses (another highly successful taxon). Collectively, these features promote genetic and phenotypic variation that would facilitate adaptability to changing environments.

ABSTRACT Cutaneous lupus erythematosus (CLE) is a disfiguring and poorly understood condition frequently associated with systemic lupus. Studies to date suggest that non-lesional keratinocytes play a role in disease predisposition, but this has not been investigated in a comprehensive manner or in the context of other cell populations. To investigate CLE immunopathogenesis, normal-appearing skin, lesional skin, and circulating immune cells from lupus patients were analyzed via integrated single-cell RNA-sequencing and spatial-seq. We demonstrate that normal-appearing skin of lupus patients represents a type I interferon-rich, ‘prelesional’ environment that skews gene transcription in all major skin cell types and dramatically distorts cell-cell communication. Further, we show that lupus-enriched CD16+ dendritic cells undergo robust interferon education in the skin, thereby gaining pro-inflammatory phenotypes. Together, our data provide a comprehensive characterization of lesional and non-lesional skin in lupus and identify a role for skin education of CD16+ dendritic cells in CLE pathogenesis.

The current Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) pandemic, caused by the Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has spurred a wave of research of nearly unprecedented scale. Among the different strategies that are being used to understand the disease and develop effective treatments, the study of physical molecular interactions enables studying fine-grained resolution of the mechanisms behind the virus biology and the human organism response. Here we present a curated dataset of physical molecular interactions, manually extracted by IMEx Consortium curators focused on proteins from SARS-CoV-2, SARS-CoV-1 and other members of the Coronaviridae family. Currently, the dataset comprises over 2,200 binarized interactions extracted from 86 publications. The dataset can be accessed in the standard formats recommended by the Proteomics Standards Initiative (HUPO-PSI) at the IntAct database website ( www.ebi.ac.uk/intact ), and will be continuously updated as research on COVID-19 progresses.

Abstract Viral infection outcomes are sex-biased, with males generally more susceptible than females. Paradoxically, the numbers of anti-viral natural killer (NK) cells are increased in males compared to females. Using samples from mice and humans, we demonstrate that while numbers of male NK cells are increased compared to females, they display impaired production of the anti-viral cytokine IFN-γ. These sex differences were not due solely to divergent levels of gonadal hormones, since these differences persisted in gonadectomized mice. Instead, these differences can be attributed to lower male expression of X-linked Kdm6a (UTX), an epigenetic regulator which escapes X inactivation in female NK cells. NK cell-specific UTX deletion in females phenocopied multiple features of male NK cells, which include increased numbers and reduced IFN-γ production. Integrative ATAC-seq and RNA-seq analysis revealed a critical role for UTX in the regulation of chromatin accessibility and gene expression at loci important in NK cell homeostasis and effector function. Consequently, NK cell-intrinsic UTX levels are critical for optimal anti-viral immunity, since mice with NK cell-intrinsic UTX deficiency show increased lethality to mouse cytomegalovirus (MCMV) challenge. Taken together, these data implicate UTX as a critical molecular determinant of NK cell sex differences and suggest enhancing UTX function as a new strategy to boost endogenous NK cell anti-viral responses.

Epigenetic clocks, DNA methylation based chronological age prediction models, are commonly employed to study age related biology. The error between the predicted and observed age is often interpreted as a form of biological age acceleration and many studies have measured the impact of environmental and other factors on epigenetic age. Epigenetic clocks are fit using approaches that minimize the error between the predicted and observed chronological age and as a result they reduce the impact of factors that may moderate the relationship between actual and epigenetic age. Here we compare the standard methods used to construct epigenetic clocks to an evolutionary framework of epigenetic aging, the epigenetic pacemaker (EPM) that directly models DNA methylation as a function of a time dependent epigenetic state. We show that the EPM is more sensitive than epigenetic clocks for the detection of factors that moderate the relationship between actual age and epigenetic state (ie epigenetic age). Specifically, we show that the EPM is more sensitive at detecting sex and cell type effects in a large aggregate data set and in an example case study is more sensitive sensitive at detecting age related methylation changes associated with polybrominated biphenyl exposure. Thus we find that the pacemaker provides a more robust framework for the study of factors that impact epigenetic age acceleration than traditional clocks based on linear regression models.