SARS-CoV-2, the virus responsible for COVID-19, triggers symptoms such as sneezing, aches and pain.1 These symptoms are mediated by a subset of sensory neurons, known as nociceptors, that detect noxious stimuli, densely innervate the airway epithelium, and interact with airway resident epithelial and immune cells.2-6 However, the mechanisms by which viral infection activates these neurons to trigger pain and airway reflexes are unknown. Here, we show that the coronavirus papain-like protease (PLpro) directly activates airway-innervating trigeminal and vagal nociceptors in mice and human iPSC-derived nociceptors. PLpro elicits sneezing and acute pain in mice and triggers the release of neuropeptide calcitonin gene-related peptide (CGRP) from airway afferents. We find that PLpro-induced sneeze and pain requires the host TRPA1 ion channel that has been previously demonstrated to mediate pain, cough, and airway inflammation.7-9 Our findings are the first demonstration of a viral product that directly activates sensory neurons to trigger pain and airway reflexes and highlight a new role for PLpro and nociceptors in COVID-19.

SUMMARY Female Aedes aegypti mosquitoes are a persistent human foe, transmitting arboviruses including dengue and yellow fever when they bite us to obtain a blood meal. Mosquitoes are intensely attracted to human-emitted body odor, heat, and carbon dioxide, which they detect using three different large multi-gene families encoding odor-gated ion channels. Genetic mutations that cause profound disruptions to the olfactory system have modest effects on human attraction, suggesting significant redundancy in odor coding. The canonical view is that olfactory sensory neurons each express a single chemosensory receptor that defines its ligand selectivity. Using immunostaining, RNA in situ hybridization, and single nucleus RNA sequencing, we discovered that Aedes aegypti uses an entirely different organizational principle, with many neurons co-expressing multiple chemosensory receptor genes. In vivo electrophysiology demonstrates that the broad ligand-sensitivity of mosquito olfactory neurons is due to this non-canonical co-expression. The redundancy afforded by an olfactory system in which many neurons co-express multiple receptors with different chemical sensitivity may greatly increase the robustness of the mosquito olfactory system and explain our longstanding inability to engineer new compounds that disrupt the detection of human body odor by mosquitoes.

Blood-feeding mosquitoes survive by feeding on nectar for metabolic energy, but to develop eggs, females require a blood meal. Aedes aegypti females must accurately discriminate between blood and nectar because detection of each meal promotes one of two mutually exclusive feeding programs characterized by distinct sensory appendages, meal sizes, digestive tract targets, and metabolic fates. We investigated the role of the syringe-like blood-feeding appendage, the stylet, and discovered that sexually dimorphic stylet neurons are the first to taste blood. Using pan-neuronal GCaMP calcium imaging, we found that blood is detected by four functionally distinct classes of stylet neurons, each tuned to specific blood components associated with diverse taste qualities. Furthermore, the stylet is specialized to detect blood over nectar. Stylet neurons are insensitive to nectar-specific sugars and responses to glucose, the sugar found in both blood and nectar, depend on the presence of additional blood components. The distinction between blood and nectar is therefore encoded in specialized neurons at the very first level of sensory detection in mosquitoes. This innate ability to recognize blood is the basis of vector-borne disease transmission to millions of people world-wide.