Abstract Aims Coronavirus disease 2019 is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and has emerged as a global pandemic. SARS-CoV-2 infection can lead to elevated markers of cardiac injury associated with higher risk of mortality. It is unclear whether cardiac injury is caused by direct infection of cardiomyocytes or is mainly secondary to lung injury and inflammation. Here, we investigate whether cardiomyocytes are permissive for SARS-CoV-2 infection. Methods and results Two strains of SARS-CoV-2 infected human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes as demonstrated by detection of intracellular double-stranded viral RNA and viral spike glycoprotein expression. Increasing concentrations of viral RNA are detected in supernatants of infected cardiomyocytes, which induced infections in Caco-2 cell lines, documenting productive infections. SARS-CoV-2 infection and induced cytotoxic and proapoptotic effects associated with it abolished cardiomyocyte beating. RNA sequencing confirmed a transcriptional response to viral infection as demonstrated by the up-regulation of genes associated with pathways related to viral response and interferon signalling, apoptosis, and reactive oxygen stress. SARS-CoV-2 infection and cardiotoxicity was confirmed in a 3D cardiosphere tissue model. Importantly, viral spike protein and viral particles were detected in living human heart slices after infection with SARS-CoV-2. Coronavirus particles were further observed in cardiomyocytes of a patient with coronavirus disease 2019. Infection of induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes was dependent on cathepsins and angiotensin-converting enzyme 2, and was blocked by remdesivir. Conclusion This study demonstrates that SARS-CoV-2 infects cardiomyocytes in vitro in an angiotensin-converting enzyme 2- and cathepsin-dependent manner. SARS-CoV-2 infection of cardiomyocytes is inhibited by the antiviral drug remdesivir.

Background: The coronavirus disease 2019 (COVID-19) is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and has emerged as global pandemic. SARS-CoV-2 infection can lead to elevated markers of cardiac injury associated with higher risk of mortality in COVID-19 patients. It is unclear whether cardiac injury may have been caused by direct infection of cardiomyocytes or is mainly secondary to lung injury and inflammation. Here we investigate whether human cardiomyocytes are permissive for SARS-CoV-2 infection. Methods: Infection was induced by two strains of SARS-CoV-2 (FFM1 and FFM2) in human induced pluripotent stem cells-derived cardiomyocytes (hiPS-CM) and in two models of human cardiac tissue. Results: We show that SARS-CoV-2 infects hiPS-CM as demonstrated by detection of intracellular double strand viral RNA and viral spike glycoprotein protein expression. Increasing concentrations of virus RNA are detected in supernatants of infected cardiomyocytes, which induced infections in CaCo-2 cell lines documenting productive infections. SARS-COV-2 infection induced cytotoxic and pro-apoptotic effects and abolished cardiomyocyte beating. RNA sequencing confirmed a transcriptional response to viral infection as demonstrated by the up-regulation of genes associated with pathways related to viral response and interferon signaling, apoptosis and reactive oxygen stress. SARS-CoV-2 infection and cardiotoxicity was confirmed in a iPS-derived human 3D cardiosphere tissue models. Importantly, viral spike protein and viral particles were detected in living human heart slices after infection with SARS-CoV-2. Conclusions: The demonstration that cardiomyocytes are permissive for SARS-CoV-2 infection in vitro warrants the further in depth monitoring of cardiotoxic effects in COVID-19 patients.

Summary Bone vasculature provides protection and signals necessary to control stem cell quiescence and renewal 1 . Specifically, type H capillaries, which highly express Endomucin, constitute the endothelial niche supporting a microenvironment of osteoprogenitors and long-term hematopoietic stem cells 2–4 . The age-dependent decline in type H endothelial cells was shown to be associated with bone dysregulation and accumulation of hematopoietic stem cells, which display cell-intrinsic alterations and reduced functionality 3 . The regulation of bone vasculature by chronic diseases, such as heart failure is unknown. Here, we describe the effects of myocardial infarction and post-infarction heart failure on the vascular bone cell composition. We demonstrate an age-independent loss of type H bone endothelium in heart failure after myocardial infarction in both mice and in humans. Using single-cell RNA sequencing, we delineate the transcriptional heterogeneity of human bone marrow endothelium showing increased expression of inflammatory genes, including IL1B and MYC , in ischemic heart failure. Inhibition of NLRP3-dependent IL-1β production partially prevents the post-myocardial infarction loss of type H vasculature in mice. These results provide a rationale for using anti-inflammatory therapies to prevent or reverse the deterioration of vascular bone function in ischemic heart disease.

Abstract Aging is a major risk factor for impaired cardiovascular health. The aging myocardium is characterized by electrophysiological dysfunctions such as a reduced heart rate variability. These alterations can be intrinsic within cardiomyocytes, but might be modulated by the cardiac autonomic nervous system, as well 1 . It is known that nerves align with vessels during development 2 , but the impact of aging on the cardiac neuro-vascular interface is unknown. Here, we report that aging reduces nerve density specifically in the left ventricle and dysregulates vascular-derived neuro-regulatory genes. Aging leads further to a down-regulation of miR-145 and de-repression of the neuro-repulsive factor Semaphorin-3A. miR-145 deletion increased Sema3a expression and reduced axon density, thus mimicking the observed aged heart phenotype. Removal of senescent cells, which accumulated with chronological age while nerve density declined, rescued from age-induced dennervation, reduced Sema3a expression and preserved heart rate variability. These data suggest that senescence-associated regulation of neuro-regulatory genes contributes to a declined nerve density of the aging heart and thereby to a reduced heart rate variability.

Abstract Hematopoietic mutations in epigenetic regulators like DNA methyltransferase 3 alpha (DNMT3A) drive clonal hematopoiesis of indeterminate potential (CHIP) and are associated with adverse prognosis in patients with heart failure (HF). The interactions between CHIP-mutated cells and other cardiac cell types remain unknown. Here, we identify fibroblasts as potential interaction partners of CHIP-mutated monocytes using combined transcriptomic data from peripheral blood mononuclear cells of HF patients with and without CHIP and the cardiac tissue. We demonstrate that CHIP augments macrophage-to-cardiac fibroblasts interactions. Mechanistically, the secretome of DNMT3A -silenced monocytes leads to myofibroblast activation, partially through epidermal growth factor (EGFR) signaling. Harboring DNMT3A CHIP-driver mutations is associated with increased cardiac interstitial fibrosis in mice and patients, and, thereby, may contribute to the poor outcome. These findings not only identify a novel pathway of DNMT3A CHIP-driver mutation-induced instigation and progression of HF, but may also provide a rationale for the development of new anti-fibrotic strategies. Graphical abstract

Abstract Endothelial cells play a critical role in the adaptation of tissues to injury. Tissue ischemia induced by infarction leads to profound changes in endothelial cell functions and can induce transition to a mesenchymal state. Here we explore the kinetics and individual cellular responses of endothelial cells after myocardial infarction by using single cell RNA sequencing. This study demonstrates a time dependent switch in endothelial cell proliferation and inflammation associated with transient changes in metabolic gene signatures. Trajectory analysis reveals that the majority of endothelial cells 3 to 7 days after myocardial infarction acquire a transient state, characterized by mesenchymal gene expression, which returns to baseline 14 days after injury. Lineage tracing, using the Cdh5-CreERT2;mT/mG mice followed by single cell RNA sequencing, confirms the transient mesenchymal transition and reveals additional hypoxic and inflammatory signatures of endothelial cells during early and late states after injury. These data suggest that endothelial cells undergo a transient mes-enchymal activation concomitant with a metabolic adaptation within the first days after myocardial infarction but do not acquire a long-term mesenchymal fate. This mesenchymal activation may facilitate endothelial cell migration and clonal expansion to regenerate the vascular network.