ABSTRACT We report temporal patterns of viral shedding in 94 laboratory-confirmed COVID-19 patients and modelled COVID-19 infectiousness profile from a separate sample of 77 infector-infectee transmission pairs. We observed the highest viral load in throat swabs at the time of symptom onset, and inferred that infectiousness peaked on or before symptom onset. We estimated that 44% of transmission could occur before first symptoms of the index. Disease control measures should be adjusted to account for probable substantial pre-symptomatic transmission.

Abstract Lactate is a key metabolite produced from glycolytic metabolism of glucose molecules, yet it also serves as a primary carbon fuel source for many cell types. In the tumor-immune microenvironment, effect of lactate on cancer and immune cells can be highly complex and hard to decipher, which is further confounded by acidic protons, a co-product of glycolysis. Here we show that lactate is able to increase stemness of CD8 + T cells and augments anti-tumor immunity. Subcutaneous administration of sodium lactate but not glucose to mice bearing transplanted MC38 tumors results in CD8 + T cell-dependent tumor growth inhibition. Single cell transcriptomics analysis reveals increased proportion of stem-like TCF-1-expressing CD8 + T cells among intra-tumoral CD3 + cells, a phenotype validated by in vitro lactate treatment of T cells. Mechanistically, lactate inhibits histone deacetylase activity, which results in increased acetylation at H3K27 of the Tcf7 super enhancer locus, leading to increased Tcf7 gene expression. CD8 + T cells in vitro pre-treated with lactate efficiently inhibit tumor growth upon adoptive transfer to tumor-bearing mice. Our results provide evidence for an intrinsic role of lactate in anti-tumor immunity independent of the pH-dependent effect of lactic acid, and might advance cancer immune therapy.

Biological age (BA) has been proposed to evaluate the aging status instead of chronological age (CA). Our study shows evidence that there might be multiple "clocks" within the whole-body system: systemic aging drivers/clocks overlaid with organ/tissue-specific counterparts. We utilize multi-omics data, including clinical tests, immune repertoire, targeted metabolomic molecules, gut microbiomes, physical fitness examinations, and facial skin examinations, to estimate the BA of different organs (e.g., liver, kidney) and systems (immune and metabolic system). The aging rates of organs/systems are diverse. People's aging patterns are different. We also demonstrate several applications of organs/systems BA in two independent datasets. Mortality predictions are compared among organs' BA in the dataset of the United States National Health and Nutrition Examination Survey. Polygenic risk score of BAs constructed in the Chinese Longitudinal Healthy Longevity Survey cohort can predict the possibility of becoming centenarian.

Abstract Microbial organisms have key roles in numerous physiological processes in the human body and have recently been shown to modify the response to immune checkpoint inhibitors 1,2 . Here we aim to address the role of microbial organisms and their potential role in immune reactivity against glioblastoma. We demonstrate that HLA molecules of both glioblastoma tissues and tumour cell lines present bacteria-specific peptides. This finding prompted us to examine whether tumour-infiltrating lymphocytes (TILs) recognize tumour-derived bacterial peptides. Bacterial peptides eluted from HLA class II molecules are recognized by TILs, albeit very weakly. Using an unbiased antigen discovery approach to probe the specificity of a TIL CD4 + T cell clone, we show that it recognizes a broad spectrum of peptides from pathogenic bacteria, commensal gut microbiota and also glioblastoma-related tumour antigens. These peptides were also strongly stimulatory for bulk TILs and peripheral blood memory cells, which then respond to tumour-derived target peptides. Our data hint at how bacterial pathogens and bacterial gut microbiota can be involved in specific immune recognition of tumour antigens. The unbiased identification of microbial target antigens for TILs holds promise for future personalized tumour vaccination approaches.

ABSTRACT Stopping COVID-19 is a priority worldwide. Understanding which cell types are targeted by SARS-CoV-2 virus, whether interspecies differences exist, and how variations in cell state influence viral entry is fundamental for accelerating therapeutic and preventative approaches. In this endeavor, we profiled the transcriptome of nine tissues from a Macaca fascicularis monkey at single-cell resolution. The distribution of SARS-CoV-2 facilitators, ACE2 and TMRPSS2, in different cell subtypes showed substantial heterogeneity across lung, kidney, and liver. Through co-expression analysis, we identified immunomodulatory proteins such as IDO2 and ANPEP as potential SARS-CoV-2 targets responsible for immune cell exhaustion. Furthermore, single-cell chromatin accessibility analysis of the kidney unveiled a plausible link between IL6-mediated innate immune responses aiming to protect tissue and enhanced ACE2 expression that could promote viral entry. Our work constitutes a unique resource for understanding the physiology and pathophysiology of two phylogenetically close species, which might guide in the development of therapeutic approaches in humans. Bullet points We generated a single-cell transcriptome atlas of 9 monkey tissues to study COVID-19. ACE2 + TMPRSS2 + epithelial cells of lung, kidney and liver are targets for SARS-CoV-2. ACE2 correlation analysis shows IDO2 and ANPEP as potential therapeutic opportunities. We unveil a link between IL6, STAT transcription factors and boosted SARS-CoV-2 entry.

Abstract Global profile of gene expression at single-cell resolution remains to be determined for primates. Using a recently developed technology (“Stereo-seq”), we have obtained a comprehensive single-cell spatial transcriptome map at the whole-brain level for cynomolgus monkeys, with ∼600 genes per cell for 10 μm-thick coronal sections (up to 15 cm 2 in size). Large-scale single-nucleus RNA-seq analysis for ∼1 million cells helped to identify cell types corresponding to Stereo-seq gene expression profiles, providing a 3-D cell type atlas of the monkey brain. Quantitative analysis of Stereo-seq data revealed molecular fingerprints that mark distinct neocortical layers and subregions, as well as domains within subcortical structures including hippocampus, thalamus, striatum, cerebellum, hypothalamus and claustrum. Striking whole-brain topography and coordinated patterns were found in the expression of genes encoding receptors and transporters for neurotransmitters and neuromodulators. These results pave the way for cellular and molecular understanding of organizing principles of the primate brain.

Abstract Solid tumors are complex ecosystems, and heterogeneity is the major challenge for overcoming tumor relapse and metastasis. Uncovering the spatial heterogeneity of cell types and functional states in tumors is essential for developing effective treatment, especially in invasive fronts of tumor, the most active region for tumor cells infiltration and invasion. We firstly used SpaTial Enhanced REsolution Omics-sequencing (Stereo-seq) with a nanoscale resolution to characterize the tumor microenvironment of intrahepatic cholangiocarcinoma (ICC). Enrichment of distinctive immune cells, suppressive immune microenvironment and metabolic reprogramming of tumor cells were identified in the 500µm-wide zone centered bilaterally on the tumor boundary, namely invasive fronts of tumor. Furthermore, we found the damaged states of hepatocytes with overexpression of Serum Amyloid A (SAA) in invasive fronts, recruiting macrophages for facilitating further tumor invasion, and thus resulting in a worse prognosis. We also confirmed these findings in hepatocellular carcinoma and other liver metastatic cancers. Our work highlights the remarkable potential of high-resolution-spatially resolved transcriptomic approaches to provide meaningful biological insights for comprehensively dissecting the tumor ecosystem and guiding the development of novel therapeutic strategies for solid tumors.

ABSTRACT As of middle May 2020, the causative agent of COVID-19, SARS-CoV-2, has infected over 4 million people with more than 300 thousand death as official reports 1,2 . The key to understanding the biology and virus-host interactions of SARS-CoV-2 requires the knowledge of mutation and evolution of this virus at both inter- and intra-host levels. However, despite quite a few polymorphic sites identified among SARS-CoV-2 populations, intra-host variant spectra and their evolutionary dynamics remain mostly unknown. Here, using deep sequencing data, we achieved and characterized consensus genomes and intra-host genomic variants from 32 serial samples collected from eight patients with COVID-19. The 32 consensus genomes revealed the coexistence of different genotypes within the same patient. We further identified 40 intra-host single nucleotide variants (iSNVs). Most (30/40) iSNVs presented in single patient, while ten iSNVs were found in at least two patients or identical to consensus variants. Comparison of allele frequencies of the iSNVs revealed genetic divergence between intra-host populations of the respiratory tract (RT) and gastrointestinal tract (GIT), mostly driven by bottleneck events among intra-host transmissions. Nonetheless, we observed a maintained viral genetic diversity within GIT, showing an increased population with accumulated mutations developed in the tissue-specific environments. The iSNVs identified here not only show spatial divergence of intra-host viral populations, but also provide new insights into the complex virus-host interactions.

Abstract Aneuploidy compromises genomic stability, often leading to embryo inviability, and is frequently associated with tumorigenesis and aging. Different aneuploid chromosome stoichiometries lead to distinct transcriptomic and phenotypic changes, making it helpful to study aneuploidy in tightly controlled genetic backgrounds. By deploying the engineered SCRaMbLE system to the newly synthesized Sc2.0 megabase chromosome VII ( synVII ), we constructed a synthetic disomic yeast and screened hundreds of SCRaMbLEd derivatives with diverse chromosomal rearrangements. Phenotypic characterization and multi-omics analysis revealed that fitness defects associated with aneuploidy could be restored by i) removing most of the chromosome content, or ii) modifying specific regions in the duplicated chromosome. These findings indicate that both chromosome copy number and chromosomal regions contribute to the aneuploidy-related phenotypes, and the synthetic yeast resource opens new paradigms in studying aneuploidy. In brief Use of SCRaMbLE and newly synthesized Mb-scale Sc2.0 chromosome VII enables insights into genotype/phenotype relationships associated with aneuploidy Highlights De novo design and synthesis of a Mb-scale synthetic yeast chromosome VII, carrying 11.8% sequence modifications and representing nearly 10% of the yeast genome. A disomic yeast (n + synVII ) is constructed for dissecting the aneuploidy phenotype SCRaMbLE enables systematic exploration of regions causing aneuploidy phenotypes Chromosomal copy number and content both contribute to aneuploidy phenotypes A 20 Kb deletion on the right arm of synVII leads to fitness improvement linked to up-regulation of protein synthesis