Aneuploidy, whole chromosome or chromosome arm imbalance, is a near-universal characteristic of human cancers. In 10,522 cancer genomes from The Cancer Genome Atlas, aneuploidy was correlated with TP53 mutation, somatic mutation rate, and expression of proliferation genes. Aneuploidy was anti-correlated with expression of immune signaling genes, due to decreased leukocyte infiltrates in high-aneuploidy samples. Chromosome arm-level alterations show cancer-specific patterns, including loss of chromosome arm 3p in squamous cancers. We applied genome engineering to delete 3p in lung cells, causing decreased proliferation rescued in part by chromosome 3 duplication. This study defines genomic and phenotypic correlates of cancer aneuploidy and provides an experimental approach to study chromosome arm aneuploidy.

Glioblastoma multiforme (GBM) remains incurable despite aggressive implementation of multimodal treatments after surgical debulking. Almost all patients with GBM relapse within a narrow margin around the initial resected lesion due to postsurgery residual glioma stem cells (GSCs). Tracking and eradicating postsurgery residual GSCs is critical for preventing postoperative relapse of this devastating disease, yet effective strategies remain elusive. Here, we report a cavity-injectable nanoporter-hydrogel superstructure that creates GSC-specific chimeric antigen receptor (CAR) macrophages/microglia (MΦs) surrounding the cavity to prevent GBM relapse. Specifically, we demonstrate that the CAR gene–laden nanoporter in the hydrogel can introduce GSC-targeted CAR genes into MΦ nuclei after intracavity delivery to generate CAR-MΦs in mouse models of GBM. These CAR-MΦs were able to seek and engulf GSCs and clear residual GSCs by stimulating an adaptive antitumor immune response in the tumor microenvironment and prevented postoperative glioma relapse by inducing long-term antitumor immunity in mice. In an orthotopic patient–derived glioblastoma humanized mouse model, the combined treatment with nanoporter-hydrogel superstructure and CD47 antibody increased the frequency of positive immune responding cells and suppressed the negative immune regulating cells, conferring a robust tumoricidal immunity surrounding the postsurgical cavity and inhibiting postoperative glioblastoma relapse. Therefore, our work establishes a locoregional treatment strategy for priming cancer stem cell–specific tumoricidal immunity with broad application in patients suffering from recurrent malignancies.

As of June 1, 2020, coronavirus disease 2019 (COVID-19) has caused more than 6,000,000 infected persons and 360,000 deaths globally. Previous studies revealed pregnant women with COVID-19 had similar clinical manifestations to nonpregnant women. However, little is known about the outcome of neonates born to infected women.In this retrospective study, we studied 29 pregnant women with COVID-19 infection delivered in 2 designated general hospitals in Wuhan, China between January 30 and March 10, 2020, and 30 neonates (1 set of twins). Maternal demographic characteristics, delivery course, symptoms, and laboratory tests from hospital records were extracted. Neonates were hospitalized if they had symptoms (5 cases) or their guardians agreed to a hospitalized quarantine (13 cases), whereas symptom-free neonates also could be discharged after birth and followed up through telephone (12 cases). For hospitalized neonates, laboratory test results and chest X-ray or computed tomography (CT) were extracted from hospital records. The presence of antibody of SARS-CoV-2 was assessed in the serum of 4 neonates. Among 29 pregnant COVID-19-infected women (13 confirmed and 16 clinical diagnosed), the majority had higher education (56.6%), half were employed (51.7%), and their mean age was 29 years. Fourteen women experienced mild symptoms including fever (8), cough (9), shortness of breath (3), diarrhea (2), vomiting (1), and 15 were symptom-free. Eleven of 29 women had pregnancy complications, and 27 elected to have a cesarean section delivery. Of 30 neonates, 18 were admitted to Wuhan Children's Hospital for quarantine and care, whereas the other 12 neonates discharged after birth without any symptoms and had normal follow-up. Five hospitalized neonates were diagnosed as COVID-19 infection (2 confirmed and 3 suspected). In addition, 12 of 13 other hospitalized neonates presented with radiological features for pneumonia through X-ray or CT screening, 1 with occasional cough and the others without associated symptoms. SARS-CoV-2 specific serum immunoglobulin M (IgM) and immunoglobulin G (IgG) were measured in 4 neonates and 2 were positive. The limited sample size limited statistical comparison between groups.In this study, we observed COVID-19 or radiological features of pneumonia in some, but not all, neonates born to women with COVID-19 infection. These findings suggest that intrauterine or intrapartum transmission is possible and warrants clinical caution and further investigation.Chinese Clinical Trial Registry, ChiCTR2000031954 (Maternal and Perinatal Outcomes of Women with coronavirus disease 2019 (COVID-19): a multicenter retrospective cohort study).

Abstract A novel coronavirus (2019-nCoV) outbreak has caused a global pandemic resulting in tens of thousands of infections and thousands of deaths worldwide. The RNA-dependent RNA polymerase (RdRp, also named nsp12), which catalyzes the synthesis of viral RNA, is a key component of coronaviral replication/transcription machinery and appears to be a primary target for the antiviral drug, remdesivir. Here we report the cryo-EM structure of 2019-nCoV full-length nsp12 in complex with cofactors nsp7 and nsp8 at a resolution of 2.9-Å. Additional to the conserved architecture of the polymerase core of the viral polymerase family and a nidovirus RdRp-associated nucleotidyltransferase (NiRAN) domain featured in coronaviral RdRp, nsp12 possesses a newly identified β-hairpin domain at its N-terminal. Key residues for viral replication and transcription are observed. A comparative analysis to show how remdesivir binds to this polymerase is also provided. This structure provides insight into the central component of coronaviral replication/transcription machinery and sheds light on the design of new antiviral therapeutics targeting viral RdRp. One Sentence Summary Structure of 2019-nCov RNA polymerase.

ABSTRACT Common SNPs are predicted to collectively explain 40-50% of phenotypic variation in human height, but identifying the specific variants and associated regions requires huge sample sizes. Here we show, using GWAS data from 5.4 million individuals of diverse ancestries, that 12,111 independent SNPs that are significantly associated with height account for nearly all of the common SNP-based heritability. These SNPs are clustered within 7,209 non-overlapping genomic segments with a median size of ~90 kb, covering ~21% of the genome. The density of independent associations varies across the genome and the regions of elevated density are enriched for biologically relevant genes. In out-of-sample estimation and prediction, the 12,111 SNPs account for 40% of phenotypic variance in European ancestry populations but only ~10%-20% in other ancestries. Effect sizes, associated regions, and gene prioritization are similar across ancestries, indicating that reduced prediction accuracy is likely explained by linkage disequilibrium and allele frequency differences within associated regions. Finally, we show that the relevant biological pathways are detectable with smaller sample sizes than needed to implicate causal genes and variants. Overall, this study, the largest GWAS to date, provides an unprecedented saturated map of specific genomic regions containing the vast majority of common height-associated variants.

Abstract The emergence of SARS-CoV-2 pandemic has highlighted the need for animal models that faithfully recapitulate the salient features of COVID-19 disease in humans; these models are necessary for the rapid down-selection, testing, and evaluation of medical countermeasures. Here we performed a direct comparison of two distinct routes of SARS-CoV-2 exposure, combined intratracheal/intranasal and small particle aerosol, in two nonhuman primate species: rhesus and cynomolgus macaques. While all four experimental groups displayed very few outward clinical signs, evidence of mild to moderate respiratory disease was present on radiographs and at the time of necropsy. Cynomolgus macaques exposed via the aerosol route also developed the most consistent fever responses and had the most severe respiratory disease and pathology. This study demonstrates that while all four models were suitable representations of mild COVID-like illness, aerosol exposure of cynomolgus macaques to SARS-CoV-2 produced the most severe disease, which may provide additional clinical endpoints for evaluating therapeutics and vaccines.

Abstract Safe and effective vaccines are needed to end the COVID-19 pandemic caused by SARS-CoV-2. Here we report the preclinical development of a lipid nanoparticle (LNP) formulated SARS-CoV-2 mRNA vaccine, PTX-COVID19-B. PTX-COVID19-B was chosen among three candidates after the initial mouse vaccination results showed that it elicited the strongest neutralizing antibody response against SARS-CoV-2. Further tests in mice and hamsters indicated that PTX-COVID19-B induced robust humoral and cellular immune responses and completely protected the vaccinated animals from SARS-CoV-2 infection in the lung. Studies in hamsters also showed that PTX-COVID19-B protected the upper respiratory tract from SARS-CoV-2 infection. Mouse immune sera elicited by PTX-COVID19-B vaccination were able to neutralize SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs), including the B.1.1.7, B.1.351 and P.1 lineages. No adverse effects were induced by PTX-COVID19-B in both mice and hamsters. These preclinical results indicate that PTX-COVID19-B is safe and effective. Based on these results, PTX-COVID19-B was authorized by Health Canada to enter clinical trials in December 2020 with a phase 1 clinical trial ongoing ( ClinicalTrials.gov number: NCT04765436 ). One Sentence Summary PTX-COVID19-B is a SARS-CoV-2 mRNA vaccine that is highly immunogenic, safe, and effective in preventing SARS-CoV-2 infection in mice and hamsters and is currently being evaluated in human clinical trials.

Summary Tuberculosis (TB), the leading cause of death by infectious disease worldwide, is increasingly resistant to first line antibiotics. Developed from a screen against Mycobacterium smegmatis , bedaquiline can sterilize even latent M. tuberculosis infections that may otherwise persist for decades and has become a cornerstone of treatment for multidrug resistant and extensively-drug resistant TB. Bedaquiline targets mycobacterial ATP synthase, an essential enzyme in the obligate aerobic Mycobacterium genus. However, how the drug binds the intact enzyme is unknown. We determined the structure of M. smegmatis ATP synthase with and without bedaquiline. The drug-free structure reveals hook-like extensions from the enzyme’s α subunits that inhibit ATP hydrolysis in low-energy conditions, such as during latent infections. Bedaquiline binding induces global conformational changes in ATP synthase, creating tight binding pockets at the interface of subunits a and c. These binding sites explain the drug’s structure-activity relationship and its potency as an antibiotic for TB.

ABSTRACT Reconstituted cell-free protein synthesis systems such as the Protein synthesis Using Recombinant Elements (PURE) system give high-throughput and controlled access to in vitro protein synthesis. Here we show that compared to the commercial S30 crude extract based RTS 100 E. coli HY system, the PURE system has less mRNA degradation and produces ~4-fold more total protein. However the majority of these polypeptides are partially translated or inactive since the signal from firefly luciferase (Fluc) translated in PURE is only ~2/3 rd of that measured using the S30 crude extract system. Both of the two systems suffer from low ribosome recycling efficiency when translating proteins from 90 kD to 220 kD. A systematic fed-batch analysis of PURE shows replenishment of 6 small molecule substrates individually or in combination prior to energy depletion increased Fluc protein yield by ~1.5 to ~2-fold, while accumulation of inorganic phosphate contributes to reaction termination. Additionally, while adding EF-P to PURE reduced total protein translated, it also increased the fraction of active product and reduced partial translated product probably by slowing down the translation process. Finally, ArfA, rather than YaeJ or PrfH, helped reduce ribosome stalling when translating Fluc and improved system productivity in a template-dependent fashion.

Abstract Osteoarthritis is a very common painful joint disease, for which few treatment options exist. New non-opioid targets are needed for addressing osteoarthritis pain, which is mechanical in nature and associated with daily activities such as walking and climbing stairs. Piezo2 has been implicated in development of mechanical pain, but the mechanisms by which this occurs remain poorly understood. We observed that in two different murine models of osteoarthritis (destabilization of the medial meniscus and natural aging), nociceptor-specific Piezo2 conditional knock-out mice developed osteoarthritic joint damage, but were protected from associated mechanical sensitization. Since nerve growth factor (NGF) is known to mediate nociceptor sensitization, and antibodies that neutralize NGF are effective as a treatment for osteoarthritis pain, we explored the effects of intra-articularly injected NGF on the development of mechanical joint pain. Wild-type mice developed knee swelling and mechanical pain in response to intra-articular NGF, while nociceptor-specific Piezo2 conditional knock-out mice were protected from these effects. Single cell RNA sequencing and in situ hybridization of mouse and human lumbar dorsal root ganglia (DRG) revealed that a subset of nociceptors co-express Piezo2 and Ntrk1 (the gene that encodes the NGF receptor TrkA). These results indicate that Piezo2 plays a key role in nociceptor sensitization processes in the osteoarthritic joint, and targeting Piezo2 may represent a novel therapy for osteoarthritis pain control. One Sentence Summary Nociceptor sensitization to mechanical stimuli is dependent on Piezo2 in mouse models of osteoarthritis.