SUMMARY SARS-CoV-2 has been found capable of inducing prolonged pathologies collectively referred to as Long-COVID. To better understand this biology, we compared the short- and long-term systemic responses in the golden hamster following either SARS-CoV-2 or influenza A virus (IAV) infection. While SARS-CoV-2 exceeded IAV in its capacity to cause injury to the lung and kidney, the most significant changes were observed in the olfactory bulb (OB) and olfactory epithelium (OE) where inflammation was visible beyond one month post SARS-CoV-2 infection. Despite a lack of detectable virus, OB/OE demonstrated microglial and T cell activation, proinflammatory cytokine production, and interferon responses that correlated with behavioral changes. These findings could be corroborated through sequencing of individuals who recovered from COVID-19, as sustained inflammation in OB/OE tissue remained evident months beyond disease resolution. These data highlight a molecular mechanism for persistent COVID-19 symptomology and characterize a small animal model to develop future therapeutics.

ABSTRACT Despite being largely confined to the airways, SARS-CoV-2 infection has been associated with sensory abnormalities that manifest in both acute and long-lasting phenotypes. To gain insight on the molecular basis of these sensory abnormalities, we used the golden hamster infection model to characterize the effects of SARS-CoV-2 versus Influenza A virus (IAV) infection on the sensory nervous system. Efforts to detect the presence of virus in the cervical/thoracic spinal cord and dorsal root ganglia (DRGs) demonstrated detectable levels of SARS-CoV-2 by quantitative PCR and RNAscope uniquely within the first 24 hours of infection. SARS-CoV-2-infected hamsters demonstrated mechanical hypersensitivity during acute infection; intriguingly, this hypersensitivity was milder, but prolonged when compared to IAV-infected hamsters. RNA sequencing (RNA-seq) of thoracic DRGs from acute infection revealed predominantly neuron-biased signaling perturbations in SARS-CoV-2-infected animals as opposed to type I interferon signaling in tissue derived from IAV-infected animals. RNA-seq of 31dpi thoracic DRGs from SARS-CoV-2-infected animals highlighted a uniquely neuropathic transcriptomic landscape, which was consistent with substantial SARS-CoV-2-specific mechanical hypersensitivity at 28dpi. Ontology analysis of 1, 4, and 30dpi RNA-seq revealed novel targets for pain management, such as ILF3. Meta-analysis of all SARS-CoV-2 RNA-seq timepoints against preclinical pain model datasets highlighted both conserved and unique pro-nociceptive gene expression changes following infection. Overall, this work elucidates novel transcriptomic signatures triggered by SARS-CoV-2 that may underlie both short- and long-term sensory abnormalities while also highlighting several therapeutic targets for alleviation of infection-induced hypersensitivity. One Sentence Summary SARS-CoV-2 infection results in an interferon-associated transcriptional response in sensory tissues underlying time-dependent hypersensitivity.

Preclinical and clinical work has demonstrated altered plasticity and activity in the nucleus accumbens (NAc) under chronic pain states, highlighting critical therapeutic avenues for the management of chronic pain conditions. In this study, we demonstrate that myocyte enhancer factor 2C (MEF2C), a master regulator of neuronal activity and plasticity, is repressed in NAc neurons after prolonged spared nerve injury (SNI). Viral-mediated overexpression of Mef2c in NAc neurons partially ameliorated sensory hypersensitivity and emotional behaviors in mice with SNI, while also altering transcriptional pathways associated with synaptic signaling. Mef2c overexpression also reversed SNI-induced potentiation of phasic dopamine release and neuronal hyperexcitability in the NAc. Transcriptional changes induced by Mef2c overexpression were different than those observed after desipramine treatment, suggesting a mechanism of action different from antidepressants. Overall, we show that interventions in MEF2C-regulated mechanisms in the NAc are sufficient to disrupt the maintenance of chronic pain states, providing potential new treatment avenues for neuropathic pain.