Summary SARS-CoV-2 infection causes an inflammatory cytokine storm and acute lung injury. Currently there are no effective antiviral and/or anti-inflammatory therapies. Here we demonstrate that 2019 SARS-CoV-2 spike protein subunit 1 (CoV2-S1) induces high levels of NF-κB activations, production of pro-inflammatory cytokines and mild epithelial damage, in human bronchial epithelial cells. CoV2-S1-induced NF-κB activation requires S1 interaction with human ACE2 receptor and early activation of endoplasmic reticulum (ER) stress, and associated unfolded protein response (UPR), and MAP kinase signalling pathways. We developed an antagonistic peptide that inhibits S1-ACE2 interaction and CoV2-S1-induced productions of pro-inflammatory cytokines. The existing FDA-approved ER stress inhibitor, 4-phenylburic acid (4-PBA), and MAP kinase inhibitors, trametinib and ulixertinib, ameliorated CoV2-S1-induced inflammation and epithelial damage. These novel data highlight the potentials of peptide-based antivirals for novel ACE2-utilising CoVs, while repurposing existing drugs may be used as treatments to dampen elevated inflammation and lung injury mediated by SARS-CoV-2.

SUMMARY Pancreatic Ductal Adenocarcinoma (PDAC) is a lethal disease with limited treatment options and poor survival. We studied 73 samples from 21 patients (7 treatment-naïve and 14 treated with neoadjuvant regimens), analyzing distinct spatial units and performing bulk proteogenomics, single cell sequencing, and cellular imaging. Spatial drivers, including mutant KRAS , SMAD4 , and GNAQ, were associated with differential phosphosignaling and metabolic responses compared to wild type. Single cell subtyping discovered 12 of 21 tumors with mixed basal and classical features. Trefoil factor family members were upregulated in classical populations, while the basal populations showed enhanced expression of mesenchymal genes, including VIM and IGTB1 . Acinar-ductal metaplasia (ADM) populations, present in 95% of patients, with 46% reduction of driver mutation fractions compared to tumor populations, exhibited suppressive and oncogenic features linked to morphologic states. We identified coordinated expression of TIGIT in exhausted and regulatory T cells and Nectin receptor expression in tumor cells. Higher expression of angiogenic and stress response genes in dendritic cells compared to tumor cells suggests they have a pro-tumorigenic role in remodeling the microenvironment. Treated samples contain a three-fold enrichment of inflammatory CAFs when compared to untreated samples, while other CAF subtypes remain similar. A subset of tumor and/or ADM-specific biomarkers showed differential expression between treatment groups, and several known drug targets displayed potential cross-cell type reactivities. This resolution that spatially defined single cell omics provides reveals the diversity of tumor and microenvironment populations in PDAC. Such understanding may lead to more optimal treatment regimens for patients with this devastating disease. HIGHLIGHTS Acinar-ductal metaplasia (ADM) cells represent a genetic and morphologic transition state between acinar and tumor cells. Inflammatory cancer associated fibroblasts (iCAFs) are a major component of the PDAC TME and are significantly higher in treated samples Receptor-ligand analysis reveals tumor cell-TME interactions through NECTIN4-TIGIT Tumor and ADM cell proteogenomics differ between treated and untreated samples, with unique and shared potential drug targets

Abstract Pendrin SLC26A4 is an anion exchanger expressed in apical membranes of selected epithelia. Pendrin ablation causes Pendred syndrome, a genetic disorder disease associated with sensorineural hearing loss, hypothyroid goiter, and reduced blood pressure. However, its molecular structure has remained unknown limiting our understanding. Here, we determined the structures of mouse pendrin with symmetric and characteristically asymmetric homodimer conformations by cryo-electron microscopy. The asymmetric homodimer consists of an inward-facing protomer and an intermediate-state protomer, representing the coincident uptake and secretion process, and exhibits the unique state of pendrin as an electroneutral exchanger. This previously unrevealed conformation, together with other conformations we captured, provides an inverted alternate-access mechanism for anion exchange. Furthermore, our structural and functional data disclosed the properties of anion exchange cleft and interpreted the important pathogenetic mutations. These investigations shed light on the pendrin exchange mechanism and extend our structure-guided understanding of pathogenetic mutations. One-Sentence Summary Cryo-EM asymmetric Pendrin homodimer cracks its exchange mechanism and guides our understanding for pathogenetic mutations.

Accurate assessments of current and future fertility-including overall trends and changing population age structures across countries and regions-are essential to help plan for the profound social, economic, environmental, and geopolitical challenges that these changes will bring. Estimates and projections of fertility are necessary to inform policies involving resource and health-care needs, labour supply, education, gender equality, and family planning and support. The Global Burden of Diseases, Injuries, and Risk Factors Study (GBD) 2021 produced up-to-date and comprehensive demographic assessments of key fertility indicators at global, regional, and national levels from 1950 to 2021 and forecast fertility metrics to 2100 based on a reference scenario and key policy-dependent alternative scenarios.

Abstract Sex is a hallmark of eukaryotes but its evolution in microbial eukaryotes is poorly elucidated. Recent genomic studies revealed microbial eukaryotes possess genetic toolkit necessary for sexual reproduction. However, the mechanism of sexual development in a majority of microbial eukaryotes including amoebozoans is poorly characterized. The major hurdle in studying sex in microbial eukaryotes is lack of observational evidence, primarily due to its cryptic nature. In this study, we used a tractable fusing amoeba, Cochliopodium, to investigate sexual development using stage specific Differential Gene Expression (DGE) and cytological analyses. Both DGE and cytological results showed that most of the meiosis and sex-related genes are upregulated in Cochliopodium undergoing fusion in laboratory culture. Relative gene ontology (GO) category representations in unfused (single) and fused cells revealed functional skew of the fused transcriptome toward DNA metabolism, nucleus and ligases that are suggestive of a commitment to sexual development. While single cells GO categories were dominated by metabolic pathways and other processes indicative of vegetative phase. Our study provides strong evidence that the fused cells represent a sexual stage in Cochliopodium. Our findings have further implications in understanding the evolution and mechanism of inheritance involving multiparents in other eukaryotes with similar reproductive strategy.

Abstract The supergroup Amoebozoa unites a wide diversity of amoeboid organisms and encompasses enigmatic lineages recalcitrant to modern phylogenetics. Deep divergences, taxonomic placement of some key taxa and character evolution in the group largely remain poorly elucidated or controversial. We surveyed available Amoebozoa genomes and transcriptomes to mine conserved putative single copy genes, which were used to enrich gene sampling and generate the largest supermatrix (824 genes) in the group to date. We recovered a well-resolved and supported tree of Amoebozoa, revealing novel deep level relationships and resolving placement of enigmatic lineages congruent with morphological data. In our analysis the deepest branching group is Tubulinea. A recent proposed major clade Tevosa, uniting Evosea and Tubulinea, is not supported. Based on the new phylogenetic tree, paleoecological and paleontological data as well as data on the biology of presently living amoebozoans, we hypothesize that the evolution of Amoebozoa probably was driven with the need to disrupt and graze on microbial mats - a dominant ecosystem of the mid-Proterozoic period of the Earth history.

Abstract Annotating cell types based on the single-cell RNA-seq data is a prerequisite for researches on disease progress and tumor microenvironment. Here we show existing annotation methods typically suffer from lack of curated marker gene lists, improper handling of batch effect, and difficulty in leveraging the latent gene-gene interaction information, impairing their generalization and robustness. We developed a pre-trained deep neural network-based model scBERT (single-cell Bidirectional Encoder Representations from Transformers) to overcome the challenges. Following BERT’s approach of pre-train and fine-tune, scBERT obtains a general understanding of gene-gene interaction by being pre-trained on huge amounts of unlabeled scRNA-seq data and is transferred to the cell type annotation task of unseen and user-specific scRNA-seq data for supervised fine-tuning. Extensive and rigorous benchmark studies validated the superior performance of scBERT on cell type annotation, novel cell type discovery, robustness to batch effect, and model interpretability.

Abstract Amoebozoa include lineages of diverse ecology, behavior and morphology. They are assumed to encompass members with the largest genome sizes of all living things, yet genomic studies in the group are limited. Trichosphaerium , a polymorphic, multinucleate, marine amoeba with a complicated life cycle has puzzled experts in the field for over a century. In an effort to explore the genomic diversity, and investigate extraordinary behavior observed among the Amoebozoa, we used integrated omics approaches to study this enigmatic marine amoeba. Omics data, including single-cell transcriptomics and cytological data, demonstrate that Trichosphaerium sp. possesses the complete meiosis toolkit genes. These genes are expressed in life stages of the amoeba including medium and large cells. The life cycle of Trichosphaerium sp. involves asexual processes via binary fission and multiple fragmentation of giant cells, and sexual-like processes involving genes implicated in sexual reproduction and polyploidization. These findings are in stark contrast to a life cycle previously reported for this amoeba. Despite the extreme morphological plasticity observed in Trichosphaerium , our genomic data showed populations maintain a species-level intragenomic variation. A draft genome of Trichosphaerium indicates elevated lateral gene transfer (LGT) from bacteria and giant viruses. Gene trafficking in Trichosphaerium is the highest within Amoebozoa, and among the highest in microbial eukaryotes. Significance statement Amoebozoa include various genome complexities and life cycles, however, the genomes of the vast diversity of amoebozoans remains unexplored. In this study an integrated omics approach is used to investigate the genome and life cycle of Trichophaerium , an enigmatic polymorphic marine amoeba. We uncovered elevated gene trafficking from giant viruses and presence of the complete meiosis gene toolkit. Despite the observed large morphological plasticity, the population of Trichophaerium maintains intragenomic variation of a species level.

Abstract Oxidative phosphorylation (OXPHOS) is a vital pathway provides ATP for intracellular activities. Here, we found that Hantaan virus (HTNV) exploited mitochondria OXPHOS to assist its replication in host cells and Protein Kinase B/AKT played a major function in this process. Inhibiting AKT activation by BEZ treatment can inhibit HTNV replication and prevent the increase of OXPHOS level caused by HTNV infection. We also found that HTNV infection can promote AKT translocation to mitochondria, where AKT phosphorylates Polynucleotide phosphorylase (PNPT). Taken together, our research demonstrates that HTNV replication exploits OXPHOS in host cells and it increases OXPHOS function by AKT-PNPT interaction in mitochondria. IMPORTANCE Virus depends on metabolic pathways in host cells to favor its replication. This is a vital process which needs complicated host-virus interaction and targeting this process is a new strategy for antiviral drug development. Hantaan virus (HTNV) is the major pathogen which causes Hemorrhagic Fever with Renal Syndrome (HFRS) in China. However, there are neither effective therapeutic drugs nor FDA-licensed vaccine against HFRS, a deeper understanding of HTNV infection characteristics is of great significance for global public health and safety. This research means to elucidate the major metabolic pathway exploited by HTNV during its replication in host cells and its underlying molecular mechanism, which can enrich our understanding about HTNV biological characteristics and pathogenesis, also provide a new view on anti-HTNV drug development.

ABSTRACT HOXB13, a homeodomain transcription factor, critically regulates androgen receptor (AR) function and promotes androgen-dependent prostate cancer (PCa) growth. However, the functions of HOXB13 in an AR-independent context remain elusive. Here we report an essential role of HOXB13 in directly suppressing lipogenic transcriptional programs in both AR-positive and -negative PCa cells. The MEIS domain (aa70-150) of HOXB13 interacts with the histone deacetylase HDAC3, which is disrupted by HOXB13 G84E mutation that has been associated with early-onset PCa. Thus, HOXB13 wildtype (WT), but not G84E mutant, recruits HDAC3 to lipogenic enhancers to catalyze histone de-acetylation and suppress lipogenic programs. HOXB13 knockdown unleashes the expression of key lipogenic regulators such as fatty acid synthase (FASN), requiring HDAC3. Analysis of human tissues revealed that HOXB13 is lost in about 30% of metastatic castration-resistant PCa, at least in part, through DNA hypermethylation. Functionally, loss of HOXB13 leads to massive lipid accumulation in PCa cells, thereby promoting cell motility in vitro and fueling xenograft tumor metastasis in vivo , which is mitigated by pharmaceutical inhibitors of FASN. In summary, our study discovers an essential AR-independent function of HOXB13 in repressing de novo lipogenesis and inhibiting tumor metastasis and defines a subclass of PCa that may benefit from lipogenic pathway inhibitors.