Prolonged SARS-CoV-2 RNA shedding and recurrence of PCR-positive tests have been widely reported in patients after recovery, yet these patients most commonly are non-infectious. Here we investigated the possibility that SARS-CoV-2 RNAs can be reverse-transcribed and integrated into the human genome and that transcription of the integrated sequences might account for PCR-positive tests. In support of this hypothesis, we found chimeric transcripts consisting of viral fused to cellular sequences in published data sets of SARS-CoV-2 infected cultured cells and primary cells of patients, consistent with the transcription of viral sequences integrated into the genome. To experimentally corroborate the possibility of viral retro-integration, we describe evidence that SARS-CoV-2 RNAs can be reverse transcribed in human cells by reverse transcriptase (RT) from LINE-1 elements or by HIV-1 RT, and that these DNA sequences can be integrated into the cell genome and subsequently be transcribed. Human endogenous LINE-1 expression was induced upon SARS-CoV-2 infection or by cytokine exposure in cultured cells, suggesting a molecular mechanism for SARS-CoV-2 retro-integration in patients. This novel feature of SARS-CoV-2 infection may explain why patients can continue to produce viral RNA after recovery and suggests a new aspect of RNA virus replication.

Although respiratory symptoms are the most prevalent disease manifestation of infection by Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), nearly 20% of hospitalized patients are at risk for thromboembolic events 1 . This prothrombotic state is considered a key factor in the increased risk of stroke, which has been observed clinically during both acute infection and long after symptoms have cleared 2 . Here we developed a model of SARS-CoV-2 infection using human-induced pluripotent stem cell-derived endothelial cells, pericytes, and smooth muscle cells to recapitulate the vascular pathology associated with SARS-CoV-2 exposure. Our results demonstrate that perivascular cells, particularly smooth muscle cells (SMCs), are a specifically susceptible vascular target for SARS-CoV-2 infection. Utilizing RNA sequencing, we characterized the transcriptomic changes accompanying SARS-CoV-2 infection of SMCs, and endothelial cells (ECs). We observed that infected human SMCs shift to a pro-inflammatory state and increase the expression of key mediators of the coagulation cascade. Further, we showed human ECs exposed to the secretome of infected SMCs produce hemostatic factors that can contribute to vascular dysfunction, despite not being susceptible to direct infection. The findings here recapitulate observations from patient sera in human COVID-19 patients and provide mechanistic insight into the unique vascular implications of SARS-CoV-2 infection at a cellular level.

Abstract Adipocytes are key regulatory cells of human metabolism, and their dysfunction in insulin signaling is central to metabolic diseases such as type II diabetes mellitus (T2D). However, the progression of insulin resistance that leads to T2D is still poorly understood. This limited understanding is due, in part, to the dearth of suitable models of insulin signaling in human adipocytes. Traditionally, in vitro adipocyte models fail to recapitulate in vivo insulin signaling, possibly due to exposure to supraphysiological nutrient and hormone conditions. Here, we have developed a sensitization protocol for human pluripotent stem cell-derived adipocytes that uses physiologically relevant nutrient conditions to produce a potent signaling response comparable to in vivo adipocytes. After systematically optimizing conditions, this protocol allows for robust insulin-stimulated glucose uptake and transcriptional insulin response. Furthermore, exposure of these sensitized adipocytes to physiologically relevant hyperinsulinemic conditions dampens insulin-stimulated glucose uptake and dysregulates transcription of insulin-responsive genes. Overall, this sensitization methodology provides a novel platform for the mechanistic study of insulin signaling and resistance using human pluripotent stem cell-derived adipocytes. Teaser A new protocol to generate hPSC-adipocytes that respond to physiological insulin levels and can model diabetes.