Abstract Two mutations occurred in SARS-CoV-2 early during the COVID-19 pandemic that have come to define circulating virus lineages 1 : first a change in the spike protein (D614G) that defines the B.1 lineage and second, a double substitution in the nucleocapsid protein (R203K, G204R) that defines the B.1.1 lineage, which has subsequently given rise to three Variants of Concern: Alpha, Gamma and Omicron. While the latter mutations appear unremarkable at the protein level, there are dramatic implications at the nucleotide level: the GGG→AAC substitution generates a new Transcription Regulatory Sequence (TRS) motif, driving SARS-CoV-2 to express a novel subgenomic mRNA (sgmRNA) encoding a truncated C-terminal portion of nucleocapsid (N.iORF3), which is an inhibitor of type I interferon production. We find that N.iORF3 also emerged independently within the Iota variant, and further show that additional TRS motifs have convergently evolved to express novel sgmRNAs; notably upstream of Spike within the nsp16 coding region of ORF1b, which is expressed during human infection. Our findings demonstrate that SARS-CoV-2 is undergoing evolutionary changes at the functional RNA level in addition to the amino acid level, reminiscent of eukaryotic evolution. Greater attention to this aspect in the assessment of emerging strains of SARS-CoV-2 is warranted.

Abstract Animals are extremely useful genetic tools in science and global resources in agriculture. However, a single sex is often required in surplus, and current genetic methods for producing all-female or all-male litters are inefficient. Using the mouse as a model, we developed a synthetic, two-part bicomponent strategy for generating all-male litters. We achieved this using CRISPR-Cas9 genome editing technology to generate large stable knock-ins on the autosomes and X chromosome. The bicomponent system functions via the sex-specific co-inheritance of a Cas9 transgene and an sgRNA transgene targeting the essential Topoisomerase 1 gene. This technology proved to be highly efficient in generating on-target mutations, resulting in embryonic lethality of the target sex. Our study is the first to successfully generate all-male mammalian litters using a CRISPR-Cas9 bicomponent system and provides great strides towards generating single-sex litters for laboratory or agricultural research.

Abstract Missions into Deep Space are planned this decade. Yet the health consequences of exposure to microgravity and galactic cosmic radiation (GCR) over years-long missions on indispensable visceral organs such as the kidney are largely unexplored. We performed biomolecular (epigenomic, transcriptomic, proteomic, epiproteomic, metabolomic, metagenomic), clinical chemistry (electrolytes, endocrinology, biochemistry) and morphometry (histology, 3D imaging, miRNA-ISH, tissue weights) analyses using samples and datasets available from 11 spaceflight-exposed mouse and 5 human, 1 simulated microgravity rat and 4 simulated GCR-exposed mouse missions. We found that spaceflight induces: 1) renal transporter dephosphorylation which may indicate astronauts’ increased risk of nephrolithiasis is in part a primary renal phenomenon rather than solely a secondary consequence of bone loss; 2) remodelling of the nephron that results in expansion of distal convoluted tubule size but loss of overall tubule density; 3) renal damage and dysfunction when exposed to a Mars roundtrip dose-equivalent of simulated GCR.

Initiating soon after PGC specification, female germ cells undergo reactivation of the silenced X chromosome during genome wide reprogramming. However, the kinetics and dynamics of XCR in vivo have remained poorly understood. To address this here we perform a global appraisal of XCR using high-dimensional techniques. Using F1 B6 v CAST mouse embryos, we perform a detailed assessment, applying single-cell RNA-seq and chromatin profiling on germ cells derived from F1 embryos from E10.5 to E16.5 stages. While scRNA-seq profile showed that male and female germ cells are transcriptionally indistinct at E11.5, they are sexually dimorphic by E12.5, diverging further through development to E16.5. With allelic resolution, we show that the reactivating X chromosome is only partly active at E10.5, then reactivates gradually and reaches near parity in output to the constitutively active X chromosome at ~E16.5 when developing oogonia are meiosis prophase I. Crucially, we show that sexually dimorphic dosage compensation patterns observed in germ cells, occur in tandem with an increase in the allelic proportion from the reactivating X chromosome. While Xist is extinguished from E10.5, the epigenetic memory of earlier XCI in female cells persists much longer, likely from self-sustained PRC2 complex (Ezh2 / Eed / Suz12) function. The reactivating X chromosome is enriched in the epigenetic silencing mark H3K27me3 at E13.5, which is removed by E16.5 permitting gene expression. Our findings link XCR, along with functional regulation of PRC2 in promoting female meiosis.

Cognitive Stimulation Therapy (CST, Spector et al., 2006) groups were part of the treatment provided by North Cumbria’s Community Older Adult Service until the Covid pandemic halted provision. Subsequently, treatment provided by the service to those diagnosed with a dementia relied heavily on pharmacological interventions to target the rate of cognitive decline. This paper documents the methodology of a service development project in Cumbria that reintroduced community CST groups, weekly for fourteen weeks across the year 2023. Preliminary findings demonstrate CST’s efficacy as a treatment for those living with a dementia diagnosis and coinciding low mood. Reflections shared from the project on the successes and challenges across its duration show its feasibility despite service pressures and resource limitations in a rural locality. In documenting this work, the project team aim to showcase the benefits of providing biopsychosocial care for older adults living with a dementia diagnosis and hope to inspire other Older Adult services to develop their post dementia diagnosis service provision using the CST protocols. With future iterations, more conclusive findings will be drawn and continued service development work has commenced in Cumbria on this project’s foundation within the Care Home and Educational Support System’s pathway.

Developmental cell fate decisions are dynamic processes driven by the complex behaviour of gene regulatory networks. A challenge in studying these processes using single-cell genomics is that the data provides only a static snapshot with no detail of dynamics. Metabolic labelling and splicing can provide time-resolved information, but current methods have limitations. Here, we present experimental and computational methods that overcome these limitations to allow dynamical modelling of gene expression from single-cell data. We developed sci-FATE2, an optimised metabolic labelling method that substantially increases data quality, and profiled approximately 45,000 embryonic stem cells differentiating into multiple neural tube identities. To recover dynamics, we developed velvet, a deep learning framework that extends beyond instantaneous velocity estimation by modelling gene expression dynamics through a neural stochastic differential equation system within a variational autoencoder. Velvet outperforms current velocity tools across quantitative benchmarks, and predicts trajectory distributions that accurately recapitulate underlying dataset distributions while conserving known biology. Velvet trajectory distributions capture dynamical aspects such as decision boundaries between alternative fates and correlative gene regulatory structure. Using velvet to provide a dynamical description of in vitro neural patterning, we highlight a process of sequential decision making and fate-specific patterns of developmental signalling. Together, these experimental and computational methods recast single-cell analyses from descriptions of observed data distributions to models of the dynamics that generated them, providing a new framework for investigating developmental gene regulation and cell fate decisions.