Abstract The ciliate Tetrahymena thermophila is a well-established unicellular model eukaryote, contributing significantly to foundational biological discoveries. Despite its acknowledged importance, current Tetrahymena biology studies face challenges due to gene annotation inaccuracy, particularly the notable absence of untranslated regions (UTRs). To comprehensively annotate the Tetrahymena macronuclear genome, we collected extensive transcriptomic data spanning various cell stages. To ascertain transcript orientation and transcription start/end sites, we incorporated data of epigenetic marks displaying enrichment towards the 5’ end of gene bodies, including H3 lysine 4 tri-methylation (H3K4me3), H2A.Z, nucleosomes, and N 6 -methyldeoxyadenine (6mA). Additionally, we integrated Nanopore direct sequencing (DRS), strand-specific RNA-seq, and ATAC-seq data. Using a newly-developed bioinformatic pipeline, coupled with manual curation and experimental validation, our work yielded substantial improvements to the current gene models, including the addition of 2,481 new genes, updates to 6,257 existing genes, and the incorporation of 5,917 alternatively spliced isoforms. Furthermore, novel UTR information was annotated for 26,223 high-confidence genes. Intriguingly, 16% of protein-coding genes were identified to have natural antisense transcripts (NATs) characterized by high diversity in alternative splicing, thus offering insights into understanding transcriptional regulation. Our work will enhance the utility of Tetrahymena as a robust genetic toolkit for advancing biological research.

Abstract The global pandemic of COVID-19 caused by the severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) infection confers great threat to the public health. Human breastmilk is an extremely complex with nutritional composition to nourish infants and protect them from different kinds of infection diseases and also SARS-CoV-2 infection. Previous studies have found that breastmilk exhibited potent antiviral activity against SARS-CoV-2 infection. However, it is still unknown which component(s) in the breastmilk is responsible for its antiviral activity. Here, we identified Lactoferrin (LF), MUC1 and α-Lactalbumin (α-LA) from human breastmilk by liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) and in vitro confirmation that inhibited SARS-CoV-2 infection and analyzed their antiviral activity using the SARS-CoV-2 pseudovirus system and transcription and replication-competent SARS-CoV-2 virus-like-particles (trVLP) in the Huh7.5, Vero E6 and Caco-2-N cell lines. Additionally, we found that LF and MUC1 could inhibit viral attachment, entry and post-entry replication, while α-LA just inhibit viral attachment and entry. Importantly, LF, MUC1 and α-LA possess potent antiviral activities towards not only wild-type but also variants such as B.1.1.7 (alpha), B.1.351 (beta), P.1 (gamma) and B.1.617.1 (kappa). Moreover, LF from other species (e.g., bovine and goat) is still capable of blocking viral attachment to cellular heparan sulfate. Taken together, our study provided the first line of evidence that human breastmilk components (LF, MUC1 and α-LA) are promising therapeutic candidates warranting further development or treatingVID-19 given their exceedingly safety levels.

COVID-19 has become a global pandemic that threatens millions of people worldwide. There is an urgent call for developing effective drugs against the virus (SARS-CoV-2) causing this disease. The main protease of SARS-CoV-2, 3C-like protease (3CLpro), is highly conserved across coronaviruses and is essential for the maturation process of viral polyprotein. Scutellariae radix (Huangqin in Chinese), the root of Scutellaria baicalensis has been widely used in traditional Chinese medicine to treat viral infection related symptoms. The extracts of S. baicalensis have exhibited broad spectrum antiviral activities. We studied the anti-SARS-CoV-2 activity of S. baicalensis and its ingredient compounds. We found that the ethanol extract of S. baicalensis inhibits SARS-CoV-2 3CLpro activity in vitro and the replication of SARS-CoV-2 in Vero cells with an EC50 of 0.74 μg/ml. Among the major components of S. baicalensis, baicalein strongly inhibits SARS-CoV-2 3CLpro activity with an IC50 of 0.39 μM. We further identified four baicalein analogue compounds from other herbs that inhibit SARS-CoV-2 3CLpro activity at microM concentration. Our study demonstrates that the extract of S. baicalensis has effective anti-SARS-CoV-2 activity and baicalein and analogue compounds are strong SARS-CoV-2 3CLpro inhibitors.

Bats are responsible for the zoonotic transmission of several major viral diseases including the 2003 SARS outbreak and the ongoing COVID-19 pandemic. While bat genomic sequencing studies have revealed characteristic adaptations of the innate immune system, functional genomic studies are urgently needed to provide a foundation for the molecular dissection of the tolerance of viral infections in bats. Here we report the establishment and screening of genome-wide RNAi library and CRISPR library for the model megabat, Pteropus Alecto. We used the complementary RNAi and CRISPR libraries to interrogate Pteropus Alecto cells for infection with two different viruses, mumps virus and Influenza A virus, respectively. Screening results converged on the endocytosis pathway and the protein secretory pathway as required for both viral infections. Additionally, we revealed a general dependence of the C-1-tetrahydrofolate synthase gene, MTHFD1, for viral replication in bat cells as well as in human cells. MTHFD1 inhibitor carolacton potently blocked replication of several RNA viruses including SARS-CoV-2. Our studies provide a resource for systematic inquiry into the genetic underpinnings of bat biology and a potential target for developing broad spectrum antiviral therapy.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has caused a widespread outbreak of highly pathogenic COVID-19. It is therefore important and timely to characterize interactions between the virus and host cell at the molecular level to understand its disease pathogenesis. To gain insights, we performed high-throughput sequencing that generated time-series data simultaneously for bioinformatics analysis of virus genomes and host transcriptomes implicated in SARS-CoV-2 infection. Our analysis results showed that the rapid growth of the virus was accompanied by an early intensive response of host genes. We also systematically compared the molecular footprints of the host cells in response to SARS-CoV-2, SARS-CoV and MERS-CoV. Upon infection, SARS-CoV-2 induced hundreds of up-regulated host genes hallmarked by a significant cytokine production followed by virus-specific host antiviral responses. While the cytokine and antiviral responses triggered by SARS-CoV and MERS-CoV were only observed during the late stage of infection, the host antiviral responses during the SARS-CoV-2 infection were gradually enhanced lagging behind the production of cytokine. The early rapid host responses were potentially attributed to the high efficiency of SARS-CoV-2 entry into host cells, underscored by evidence of a remarkably up-regulated gene expression of TPRMSS2 soon after infection. Taken together, our findings provide novel molecular insights into the mechanisms underlying the infectivity and pathogenicity of SARS-CoV-2.

Previous studies have indicated that bone morphogenetic protein (BMP) 6 plays an important role in skeletal system development and progression. However, the mechanism underlying the effects of BMP6 in cartilage cell proliferation and differentiation remains unknown. In this study, cartilage cells were isolated from shanks of chicken embryos and treated with different concentrations of GH. Cell proliferation and differentiation potential was assessed using real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) and CCK-8 assays in vitro. The results showed that at 48 h, the Collagen II and BMP6 expression levels in 50 ng/µl GH-treated cartilage cells were significantly higher than in groups treated with 100 ng/µl or 200 ng/µl GH. We further observed that knockdown of BMP6 in cartilage cells led to significantly decreased expression levels of Collagen II and Collagen X. Moreover, the suppression of BMP6 expression by a specific siRNA vector led to significantly decreased expression levels of IGF1R, JAK, PKC, PTH, IHH and PTHrP. Taken together, our data suggest that BMP6 may play a critical role in chicken cartilage cell proliferation and differentiation through the regulation of IGF1, JAK2, PKC, PTH, and Ihh-PTHrP signaling pathways.

We are reporting a novel sequencing technology, RepSeq (Repetitive Sequence), that has high sensitivity, specificity and quick turn-around time. This new sequencing technology is developed by modifying traditional Sanger sequencing technology in several aspects. The first, a homopolymer tail is added to the PCR primer(s), which makes interpreting electropherograms a lot easier than that in traditional Sanger sequencing. The second, an indicator nucleotide is added at the 5’end of the homopolymer tail. In the presence of a deletion, the position of the indicator nucleotide in relation to the wild type confirms the deletion. At the same time, the indicator of the wild type serves as the internal control. Furthermore, the specific design of the PCR and/or sequencing primers will specifically enrich/select mutant alleles, which increases sensitivity and specificity significantly. Based on serial dilution studies, the analytical lower limit of detection was 1.47 copies. A total of 89 samples were tested for EGFR exon 19 deletion, of which 21 were normal blood samples and 68 were samples previously tested by either pyrosequencing or TruSeq Next Generation Sequencing Cancer Panel. There was 100 % concordance among all the samples tested. RepSeq technology has overcome the shortcomings of Sanger sequencing and offers an easy-to-use novel sequencing method for personalized precision medicine.

Severe acute respiratory syndrome CoV-2 (SARS-CoV-2) caused the Corona Virus Disease 2019 (COVID-19) cases in China has become a public health emergency of international concern (PHEIC). Based on angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) as cell entry receptor of SARS-CoV, we used the hACE2 transgenic mice infected with SARS-CoV-2 to study the pathogenicity of the virus. Weight loss and virus replication in lung were observed in hACE2 mice infected with SARS-CoV-2. The typical histopathology was interstitial pneumonia with infiltration of significant lymphocytes and monocytes in alveolar interstitium, and accumulation of macrophages in alveolar cavities. Viral antigens were observed in the bronchial epithelial cells, alveolar macrophages and alveolar epithelia. The phenomenon was not found in wild type mice with SARS-CoV-2 infection. The pathogenicity of SARS-CoV-2 in hACE2 mice was clarified and the Koch’s postulates were fulfilled as well, and the mouse model may facilitate the development of therapeutics and vaccines against SARS-CoV-2.

Abstract We firstly disclose single compound yields better therapeutic outcome than Remdesivir in COVID-19 hamster treatments as it is armed with direct inhibition viral replication and intrinsic suppression inflammatory cytokines expression. Crystal data reveals that Au (I), released from Au 22 Glutathione 18 (GA), covalently binds thiolate of Cys145 of SARS-CoV-2 M pro . GA directly decreases SARS-CoV-2 viral replication (EC50: ~0.24 μM) and intrinsically down-regulates NFκB pathway therefore significantly inhibiting expression of inflammatory cytokines in cells. The lung viral load and inflammatory cytokines in GA-treated COVID-19 transgenic mice are found to be significantly lower than that of control mice. When COVID-19 golden hamsters are treated by GA, the lung inflammatory cytokines levels are significantly lower than that of Remdesivir while their lung viral load are decreased to same level. The pathological results show that GA treatment significantly reduce lung inflammatory injuries when compared to that of Remdesivir-treated COVID-19 golden hamsters. One Sentence Summary We found that gold cluster molecule directly inhibits SARS-CoV-2 replication and intrinsically suppresses inflammatory cytokines expression in COVID-19 transgenic mouse and golden hamster model, gold cluster providing a better lung injury protection than Remdesivir in COVID-19 golden hamsters via intranasally dropping administration.

Background: The 2019 novel coronavirus (2019-nCoV or SARS-CoV-2) has spread more rapidly than any other betacoronavirus including SARS-CoV and MERS-CoV. However, the mechanisms responsible for infection and molecular evolution of this virus remained unclear. Methods: We collected and analyzed 120 genomic sequences of 2019-nCoV including 11 novel genomes from patients in China. Through comprehensive analysis of the available genome sequences of 2019-nCoV strains, we have tracked multiple inheritable SNPs and determined the evolution of 2019-nCoV relative to other coronaviruses. Results: Systematic analysis of 120 genomic sequences of 2019-nCoV revealed co-circulation of two genetic subgroups with distinct SNPs markers, which can be used to trace the 2019-nCoV spreading pathways to different regions and countries. Although 2019-nCoV, human and bat SARS-CoV share high homologous in overall genome structures, they evolved into two distinct groups with different receptor entry specificities through potential recombination in the receptor binding regions. In addition, 2019-nCoV has a unique four amino acid insertion between S1 and S2 domains of the spike protein, which created a potential furin or TMPRSS2 cleavage site. Conclusions: Our studies provided comprehensive insights into the evolution and spread of the 2019-nCoV. Our results provided evidence suggesting that 2019-nCoV may increase its infectivity through the receptor binding domain recombination and a cleavage site insertion.