ABSTRACT Understanding how SARS-CoV-2 spreads within the respiratory tract is important to define the parameters controlling the severity of COVID-19. We examined the functional and structural consequences of SARS-CoV-2 infection in a reconstituted human bronchial epithelium model. SARS-CoV-2 replication caused a transient decrease in epithelial barrier function and disruption of tight junctions, though viral particle crossing remained limited. Rather, SARS-CoV-2 replication led to a rapid loss of the ciliary layer, characterized at the ultrastructural level by axoneme loss and misorientation of remaining basal bodies. The motile cilia function was compromised, as measured in a mucociliary clearance assay. Epithelial defense mechanisms, including basal cell mobilization and interferon-lambda induction, ramped up only after the initiation of cilia damage. Analysis of SARS-CoV-2 infection in Syrian hamsters further demonstrated the loss of motile cilia in vivo . This study identifies cilia damage as a pathogenic mechanism that could facilitate SARS-CoV-2 spread to the deeper lung parenchyma.

ABSTRACT Quantitative analysis of the dynamic cellular mechanisms shaping the Drosophila wing during its larval growth phase has been limited, impeding our ability to understand how morphogen patterns regulate tissue shape. Such analysis requires imaging explants under conditions that maintain both growth and patterning, as well as methods to quantify how much cellular behaviors change tissue shape. Here, we demonstrate a key requirement for the steroid hormone 20-hydroxyecdysone (20E) in the maintenance of numerous patterning systems in vivo and in explant culture. We find that low concentrations of 20E support prolonged proliferation in explanted wing discs in the absence of insulin, incidentally providing novel insight into the hormonal regulation of imaginal growth. We use 20E-containing media to directly observe growth and apply recently developed methods for quantitatively decomposing tissue shape changes into cellular contributions. We discover that while cell divisions drive tissue expansion along one axis, their contribution to expansion along the orthogonal axis is cancelled by cell rearrangements and cell shape changes. This finding raises the possibility that anisotropic mechanical constraints contribute to growth orientation in the wing disc.

Abstract In vivo gene delivery to tissues using adeno-associated vector (AAVs) has revolutionized the field of gene therapy. Yet, while sensorineural hearing loss is one of the most common sensory disorders worldwide, gene therapy applied to the human inner ear is still in its infancy. Recent advances in the development recombinant AAVs have significantly improved their cell tropism and transduction efficiency across diverse inner ear cell types to a level that renders this tool valuable for conditionally manipulating gene expression in the context of developmental biology studies of the mouse inner ear. Here, we describe a protocol for in utero micro-injection of AAVs into the embryonic inner ear, using the AAV-PHP.eB and AAV-DJ serotypes that respectively target the sensory hair cells and the supporting cells of the auditory sensory epithelium. We also aimed to standardize procedures for imaging acquisition and image analysis to foster research reproducibility and allow accurate comparisons between studies. We find that AAV-PHP.eB and AAV-DJ provide efficient and reliable tools for conditional gene expression targeting cochlear sensory and supporting cells in the mouse inner ear, from late embryonic stages on.

Abstract Efficient tools allowing the extraction of 2D surfaces from 3D-microscopy data are essential for studies aiming to decipher the complex cellular choreography through which epithelium morphogenesis takes place during development. Most existing methods allow for the extraction of a single and smooth manifold of sufficiently high signal intensity and contrast, and usually fail when the surface of interest has a rough topography or when its localization is hampered by other surrounding structures of higher contrast. Multiple surface segmentation entails laborious manual annotations of the various surfaces separately. As automating this task is critical in studies involving tissue-tissue or tissue-matrix interaction, we developed the Zellige software, which allows the extraction of a non-prescribed number of surfaces of varying inclination, contrast, and texture from a 3D image. The tool requires the adjustment of a small set of control parameters, for which we provide an intuitive interface implemented as a Fiji plugin. As a proof of principle of the versatility of Zellige, we demonstrate its performance and robustness on synthetic images and on four different types of biological samples, covering a wide range of biological contexts.