Bulk liquid metals have prospective applications as soft and fluid electrical and thermal conductors in electronic and optical devices, composites, microfluidics, robotics, and metallurgy with unique opportunities for processing, chemistry, and function. Yet liquid metals' great potential in nanotechnology remains in its infancy. Although work to date focuses primarily on Ga, Hg, and their alloys, to expand the field, we define "liquid metals" as metals and alloys with melting points (mp) up to 330 °C, readily accessible and processable even using household kitchen appliances. Such a definition encompasses a family of metals-including the majority of post-transition metals and Zn group elements (excluding Zn itself)-with remarkable versatility in chemistry, physics, and engineering. These liquid alloys can create metallic compounds of different morphologies, compositions, and properties, thereby enabling control over nanoscale phenomena. In addition, the presence of electronic and ionic "pools" within the bulk of liquid metals, as well as deviation from classical metallurgy on the surfaces of liquid metals, provides opportunities for gaining new capabilities in nanotechnology. For example, the bulk and surfaces of liquid metals can be used as reaction media for creating and manipulating nanomaterials, promoting reactions, or controlling crystallization of dissolved species. Interestingly, liquid metals have enormous surface tensions, yet the tension can be tuned electrically over a wide range or modified via surface species, such as the native oxides. The ability to control the interfacial tension allows these liquids to be readily reduced in size to the nanoscale. The liquid nature of such nanoparticles enables shape-reconfigurable structures, the creation of soft metallic nanocomposites, and the dissolution or dispersion of other materials within (or on) the metal to produce multiphasic or heterostructure particles. This Perspective highlights the salient features of these materials and seeks to raise awareness of future opportunities to understand and to utilize liquid metals for nanotechnology.

Abstract COVID-19, the disease caused by SARS-CoV-2 (1), was declared a pandemic by the World Health Organization (WHO) in March 2020 (2). While awaiting a vaccine, several antivirals are being used to manage the disease with limited success (3, 4). To expand this arsenal, we screened 4 compound libraries: a United States Food and Drug Administration (FDA) approved drug library, an angiotensin converting enzyme-2 (ACE2) targeted compound library, a flavonoid compound library as well as a natural product library. Of the 121 compounds identified with activity against SARS-CoV-2, 7 were shortlisted for validation. We show for the first time that the active form of Vitamin D, calcitriol, exhibits significant potent activity against SARS-CoV-2. This finding paves the way for consideration of host-directed therapies for ring prophylaxis of contacts of SARS-CoV-2 patients.

Abstract Epidemiological studies of the COVID-19 pandemic have revealed evidence of cardiac involvement and documented that myocardial injury and myocarditis are predictors of poor outcomes. Nonetheless, little is understood regarding SARS-CoV-2 tropism within the heart and whether cardiac complications result directly from myocardial infection. Here, we develop a human engineered heart tissue model and demonstrate that SARS-CoV-2 selectively infects cardiomyocytes. Viral infection is dependent on expression of angiotensin-I converting enzyme 2 (ACE2) and endosomal cysteine proteases, suggesting an endosomal mechanism of cell entry. After infection with SARS-CoV-2, engineered tissues display typical features of myocarditis, including cardiomyocyte cell death, impaired cardiac contractility, and innate immune cell activation. Consistent with these findings, autopsy tissue obtained from individuals with COVID-19 myocarditis demonstrated cardiomyocyte infection, cell death, and macrophage-predominate immune cell infiltrate. These findings establish human cardiomyocyte tropism for SARS-CoV-2 and provide an experimental platform for interrogating and mitigating cardiac complications of COVID-19.

Abstract mRNA localization and local translation enable exquisite spatial and temporal control of gene expression, particularly in highly polarized and elongated cells. These features are especially prominent in radial glial cells (RGCs), which serve as neural and glial precursors of the developing cerebral cortex, and scaffolds for migrating neurons. Yet the mechanisms by which distinct sub-cellular compartments of RGCs accomplish their diverse functions are poorly understood. Here, we demonstrate that subcellular RNA localization and translation of the RhoGAP Arhgap11a controls RGC morphology and mediates cortical cytoarchitecture. Arhgap11a mRNA and protein exhibit conserved localization to RGC basal structures in mice and humans, conferred by a 5′UTR cis-element. Proper RGC morphology relies upon active Arhgap11a mRNA transport and localization to basal structures, where ARHGAP11A is locally synthesized. Thus, RhoA activity is spatially and acutely activated via local translation in RGCs to promote neuron positioning and cortical cytoarchitecture. Altogether, our study demonstrates that mRNA localization and local translation mediate compartmentalization of neural progenitor functions to control brain development. Highlights Arhgap11a in radial glia non-cell autonomously promotes neuronal migration and lamination Arhgap11a mRNA localizes to radial glial endfeet via a 5’ UTR cis element ARHGAP11A expression in basal process and endfeet depends upon its localized mRNA Localized mRNA and RhoA-GAP activity in endfeet control radial glial morphology

Recently published results of field and laboratory experiments on the seismic/acoustic response to injection of direct current (DC) pulses into the Earth crust or stressed rock samples raised a question on a possibility of electrical earthquake triggering. A physical mechanism of the considered phenomenon is not clear yet in view of the very low current density (10−7–10−8 A/m2) generated by the pulsed power systems at the epicenter depth (5–10 km) of local earthquakes occurred just after the current injection. The paper describes results of laboratory “earthquake” triggering by DC pulses under conditions of a spring-block model simulated the seismogenic fault. It is experimentally shown that the electric triggering of the laboratory “earthquake” (sharp slip of a movable block of the spring-block system) is possible only within a range of subcritical state of the system, when the shear stress between the movable and fixed blocks obtains 0.98–0.99 of its critical value. The threshold of electric triggering action is about 20 A/m2 that is 7–8 orders of magnitude higher than estimated electric current density for Bishkek test site (Northern Tien Shan, Kirghizia) where the seismic response to the man-made electric action was observed. In this connection, the electric triggering phenomena may be explained by contraction of electric current in the narrow conductive areas of the faults and the corresponding increase in current density or by involving the secondary triggering mechanisms like electromagnetic stimulation of conductive fluid migration into the fault area resulted in decrease in the fault strength properties.

Abstract The SARS-CoV-2 infection is spreading rapidly worldwide. Efficacious antiviral therapeutics against SARS-CoV-2 is urgently needed. Here, we discovered that protoporphyrin IX (PpIX) and verteporfin, two FDA-approved drugs, completely inhibited the cytopathic effect produced by SARS-CoV-2 infection at 1.25 μM and 0.31 μM respectively, and their EC50 values of reduction of viral RNA were at nanomolar concentrations. The selectivity indices of PpIX and verteporfin were 952.74 and 368.93, respectively, suggesting broad margin of safety. Importantly, PpIX and verteporfin prevented SARS-CoV-2 infection in mice adenovirally transduced with human ACE2. The compounds, sharing a porphyrin ring structure, were shown to bind viral receptor ACE2 and interfere with the interaction between ACE2 and the receptor-binding domain of viral S protein. Our study suggests that PpIX and verteporfin are potent antiviral agents against SARS-CoV-2 infection and sheds new light on developing novel chemoprophylaxis and chemotherapy against SARS-CoV-2.

Abstract The COVID-19 pandemic has clearly brought the healthcare systems world-wide to a breaking point along with devastating socioeconomic consequences. The SARS-CoV-2 virus which causes the disease uses RNA capping to evade the human immune system. Non-structural protein (nsp) 14 is one of the 16 nsps in SARS-CoV-2 and catalyzes the methylation of the viral RNA at N7-guanosine in the cap formation process. To discover small molecule inhibitors of nsp14 methyltransferase (MT) activity, we developed and employed a radiometric MT assay to screen a library of 161 in house synthesized S-adenosylmethionine (SAM) competitive methyltransferase inhibitors and SAM analogs. Among seven identified screening hits, SS148 inhibited nsp14 MT activity with an IC 50 value of 70 ± 6 nM and was selective against 20 human protein lysine methyltransferases indicating significant differences in SAM binding sites. Interestingly, DS0464 with IC 50 value of 1.1 ± 0.2 μM showed a bi-substrate competitive inhibitor mechanism of action. Modeling the binding of this compound to nsp14 suggests that the terminal phenyl group extends into the RNA binding site. DS0464 was also selective against 28 out of 33 RNA, DNA, and protein methyltransferases. The structure-activity relationship provided by these compounds should guide the optimization of selective bi-substrate nsp14 inhibitors and may provide a path towards a novel class of antivirals against COVID-19, and possibly other coronaviruses.

Abstract The slow-evolving invertebrate amphioxus has an irreplaceable role in advancing our understanding into the vertebrate origin and innovations. Here we resolve the nearly complete chromosomal genomes of three amphioxus species, one of which best recapitulates the 17 chordate ancestor linkage groups. We reconstruct the fusions, retention or rearrangements between descendants of whole genome duplications (WGDs), which gave rise to the extant microchromosomes likely existed in the vertebrate ancestor. Similar to vertebrates, the amphioxus genome gradually establishes its 3D chromatin architecture at the onset of zygotic activation, and forms two topologically associated domains at the Hox gene cluster. We find that all three amphioxus species have ZW sex chromosomes with little sequence differentiation, and their putative sex-determining regions are nonhomologous to each other. Our results illuminate the unappreciated interspecific diversity and developmental dynamics of amphioxus genomes, and provide high-quality references for understanding the mechanisms of chordate functional genome evolution.

Abstract Genetic engineering techniques have contributed to the now widespread use of zebrafish to investigate gene function, but zebrafish-based human disease studies, and particularly for neurological disorders, are limited. Here we used CRISPR-Cas9 to generate 40 single-gene mutant zebrafish lines representing catastrophic childhood epilepsies. We evaluated larval phenotypes using electrophysiological, behavioral, neuro-anatomical, survival and pharmacological assays. Phenotypes with unprovoked electrographic seizure activity (i.e., epilepsy) were identified in zebrafish lines for 8 genes; ARX, EEF1A, GABRB3, GRIN1, PNPO, SCN1A, STRADA and STXBP1 . A unifying epilepsy classification scheme was developed based on local field potential recordings and blinded scoring from ~3300 larvae. We also created an open-source database containing sequencing information, survival curves, behavioral profiles and representative electrophysiology data. We offer all zebrafish lines as a resource to the neuroscience community and envision them as a starting point for further functional analysis and/or identification of new therapies.

Abstract Kinase inhibition in the mitogen activated protein kinase (MAPK) pathway is a standard therapy for cancer patients with activating BRAF mutations. However, the anti-tumorigenic effect and clinical benefit are only transient, and tumors are prone to treatment resistance and relapse. To elucidate mechanistic insights into drug resistance, we have established an in vitro cellular model of MAPK inhibitor resistance in malignant melanoma. The cellular model evolved in response to clinical dosage of BRAF inhibitor, vemurafenib, PLX4032. We conducted transcriptomic expression profiling using RNA-Seq and RT-qPCR arrays. Pathways of melanogenesis, MAPK signaling, cell cycle, and metabolism were significantly enriched among the set of differentially expressed genes of vemurafenib-resistant cells vs control. The underlying mechanism of treatment resistance and pathway rewiring based on non-genomic adaptation was validated in two distinct melanoma models, SK-MEL-28 and A375. Both cell lines have activating BRAF mutations and display metastatic potential. Downregulation of tumor suppressors and negative MAPK regulators, dual specific phosphatases, reengages mitogenic signaling. Upregulation of growth factors or cytokine receptors triggers signaling pathways circumventing BRAF blockage. Changes in amino acid and one-carbon metabolism support cellular proliferation despite MAPK inhibitor treatment. In addition, an upregulation of pigmentation in inhibitor resistant melanoma cells was observed. Cellular pathways utilized during inhibitor resistance promoted melanogenesis, a pathway which partially overlaps with MAPK signaling. Upstream regulator analysis suggested gene expression changes of forkhead box and hypoxia inducible factor family transcription factors. The established cellular models offer mechanistic insight into cellular changes and therapeutic targets under inhibitor resistance in malignant melanoma. At a systems biology level, the MAPK pathway undergoes major rewiring while acquiring inhibitor resistance. The outcome of this transcriptional plasticity is selection for a set of transcriptional master regulators, which circumvent upstream targeted kinases and provide alternative routes of mitogenic activation. A fine-woven network of redundant signals maintains similar effector genes allowing for tumor cell survival and malignant progression in therapy resistant cancer.