Abstract Current approaches of drugs repurposing against 2019 coronavirus disease (COVID-19) have not proven overwhelmingly successful and the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) pandemic continues to cause major global mortality. Daclatasvir (DCV) and sofosbuvir (SFV) are clinically approved against hepatitis C virus (HCV), with satisfactory safety profile. DCV and SFV target the HCV enzymes NS5A and NS5B, respectively. NS5A is endowed with pleotropic activities, which overlap with several proteins from SARS-CoV-2. HCV NS5B and SARS-CoV-2 nsp12 are RNA polymerases that share homology in the nucleotide uptake channel. We thus tested whether SARS-COV-2 would be susceptible these anti-HCV drugs. DCV consistently inhibited the production of infectious SARS-CoV-2 in Vero cells, in the hepatoma cell line (HuH-7) and in type II pneumocytes (Calu-3), with potencies of 0.8, 0.6 and 1.1 μM, respectively. Although less potent than DCV, SFV and its nucleoside metabolite inhibited replication in Calu-3 cells. Moreover, SFV/DCV combination (1:0.15 ratio) inhibited SARS-CoV-2 with EC 50 of 0.7:0.1 μM in Calu-3 cells. SFV and DCV prevented virus-induced neuronal apoptosis and release of cytokine storm-related inflammatory mediators, respectively. Both drugs inhibited independent events during RNA synthesis and this was particularly the case for DCV, which also targeted secondary RNA structures in the SARS-CoV-2 genome. Concentrations required for partial DCV in vitro activity are achieved in plasma at Cmax after administration of the approved dose to humans. Doses higher than those approved may ultimately be required, but these data provide a basis to further explore these agents as COVID-19 antiviral candidates.

ABSTRACT Heart dysfunction, represented by conditions such as myocarditis and arrhythmia, has been reported in COVID-19 patients. Therapeutic strategies focused on the cardiovascular system, however, remain scarce. The Sigma-1 receptor (S1R) has been recently proposed as a therapeutic target because its inhibition reduces SARS-CoV-2 replication. To investigate the role of S1R in SARS-CoV-2 infection in the heart, we used human cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells (hiPSC-CM) as an experimental model. Here we show that the S1R antagonist NE-100 decreases SARS-CoV-2 infection and viral replication in hiPSC-CMs. Also, NE-100 reduces cytokine release and cell death associated with infection. Because S1R is involved in cardiac physiology, we investigated the effects of NE-100 in cardiomyocyte morphology and function. We show that NE-100 compromises cytoskeleton integrity and reduces beating frequency, causing contractile impairment. These results show that targeting S1R to challenge SARS-CoV-2 infection may be a useful therapeutic strategy but its detrimental effects in vivo on cardiac function should not be ignored.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19) was initially described as a viral infection of the respiratory tract. It is now known, however, that several other organs are affected, including the brain. Neurological manifestations such as stroke, encephalitis, and psychiatric conditions have been reported in COVID-19 patients, but the neurotropic potential of the virus is still debated. Herein, we sought to investigate SARS-CoV-2 infection in human neural cells. We demonstrated that SARS-CoV-2 infection of neural tissue is non-permissive, however, it can elicit inflammatory response and cell damage. These findings add to the hypothesis that most of the neural damage caused by SARS-CoV-2 infection is due to a systemic inflammation leading to indirect harmful effects on the central nervous system despite the absence of local viral replication.

ABSTRACT The Zika virus (ZIKV) outbreak in Brazil between 2015 and 2016 was associated with an increased prevalence of severe congenital malformations, including microcephaly. Notably, the distribution of microcephaly cases was not uniform across the country, with a disproportionately higher incidence recorded in the Northeast region (NE). Our previous work demonstrated that saxitoxin (STX), a toxin ubiquitously present in the drinking water reservoirs of the NE, exacerbated the damaging effects of ZIKV on the developing brain. In the present study, we hypothesized that STX’s impact might vary among different neural cell types. Our experimental observations suggest that exposure to STX potentiates the neurotoxic effect of Zika Virus (ZIKV) on human neuronal cells. However, while ZIKV infection demonstrated severe impacts on astrocytes and neural stem cells (NSCs), the addition of STX did not exacerbate these effects. We observed that neurons subjected to STX exposure were more prone to apoptosis and displayed a higher number of ZIKV-infected cells. These findings suggest that STX exacerbates the harmful effects of ZIKV on neurons, thereby providing a plausible explanation for the heightened severity of ZIKV-induced congenital malformations observed in Brazil’s NE. This study underscores the importance of understanding the interactive effects of environmental toxins and infectious pathogens on neural development, with potential implications for public health policies and interventions.

Neural crest stem cells (NCPCs) have been shown to differentiate into various cell types and tissues during embryonic development, including sensory neurons. The few studies addressing the generation of NCPCs and peripheral sensory neurons (PSNs) from human induced Pluripotent Stem Cells (hiPSCs), generated sensory cells without displaying robust activity. Here, we describe an efficient strategy for hiPSCs differentiation into NCPCs and functional PSNs using chemically defined media and factors to achieve efficient differentiation, confirmed by the expression of specific markers. After 10 days hiPSCs differentiated into NCPCs, cells were then maintained in neural induction medium containing defined growth factors for PSNs differentiation, followed by 10 days in neonatal human epidermal keratinocytes- (HEKn-) conditioned medium. We observed a further increase in PSN markers expression and neurites length after conditioned medium treatment. The resulting neurons released substance P (SP) in response to nociceptive agents such as anandamide and resiniferatoxin. Anandamide induced substance P release via activation of TRPV1 and not CB1. Transcriptomic analysis of the PSNs revealed the main dorsal root ganglia (DRG) neuronal markers and a transcriptional profile compatible with C-LTMR. TRPV1 was detected by immunofluorescence and RNA-Seq in multiple experiments. In conclusion, the developed strategy generated PSNs useful for drug screening that could be applied to patient-derived hiPSCs, consisting in a powerful tool to model human diseases in vitro.

Abstract Axon guidance is required for the establishment of brain circuits. Whether much of the molecular basis of axon guidance is known from animal models, the molecular machinery coordinating axon growth and pathfinding in humans remains to be elucidated. The use of induced pluripotent stem cells (iPSC) from human donors has revolutionized in vitro studies of the human brain. iPSC can be differentiated into neuronal stem cells which can be used to generate neural tissue-like cultures, known as neurospheres, that reproduce, in many aspects, the cell types and molecules present in the brain. Here, we analyzed quantitative changes in the proteome of neurospheres during differentiation. Relative quantification was performed at early time points during differentiation using iTRAQ-based labeling and LC-MS/MS analysis. We identified 6,438 proteins, from which 433 were downregulated and 479 were upregulated during differentiation. We show that human neurospheres have a molecular profile that correlates to the fetal brain. During differentiation, upregulated pathways are related to neuronal development and differentiation, cell adhesion, and axonal guidance whereas cell proliferation pathways were downregulated. We developed a functional assay to check for neurite outgrowth in neurospheres and confirmed that neurite outgrowth potential is increased after 10 days of differentiation and is enhanced by increasing cyclic AMP levels. The proteins identified here represent a resource to monitor neurosphere differentiation and coupled to the neurite outgrowth assay can be used to functionally explore neurological disorders using human neurospheres as a model.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), which can infect several organs, especially impacting respiratory capacity. Among the extrapulmonary manifestations of COVID-19 is myocardial injury, which is associated with a high risk of mortality. Myocardial injury, caused directly or indirectly by SARS-CoV-2 infection, can be triggered by inflammatory processes that cause damage to the heart tissue. Since one of the hallmarks of severe COVID-19 is the “cytokine storm”, strategies to control inflammation caused by SARS-CoV-2 infection have been considered. Cannabinoids are known to have anti-inflammatory properties by negatively modulating the release of pro-inflammatory cytokines. Herein, we investigated the effects of the cannabinoid agonist WIN 55,212-2 (WIN) in human iPSC-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) infected with SARS-CoV-2. WIN did not modify angiotensin-converting enzyme II protein levels, nor reduced viral infection and replication in hiPSC-CMs. On the other hand, WIN reduced the levels of interleukins 6, 8, 18 and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) released by infected cells, and attenuated cytotoxic damage measured by the release of lactate dehydrogenase (LDH). Our findings suggest that cannabinoids should be further explored as a complementary therapeutic tool for reducing inflammation in COVID-19 patients.

Abstract Cell senescence may promote epidermal inflammation and degeneration, termed as inflammaging, which is accompanied by keratinocyte loss, resulting in fine lines of wrinkles. Recent findings showed that healthy elderly skin expresses age- and neuron-related amyloidogenic proteins, such as tau, β-Amyloid34, and α-synuclein (α-Syn), typically found in patients with neurodegenerative diseases. These proteins form toxic aggregates that trigger inflammatory signals. Herein, we investigated the impact of oligomeric α-Syn (Oα-Syn) on the neurosphere (NP) and the reconstructed human epidermis (RHE) 3D models. First, we found the expression of α-Syn, β-Amyloid, and amyloid precursor protein (APP) in the RHE. Second, we challenged the RHE and NP with Oα-Syn, which decreased RHE regeneration, measured by the percentage of cell proliferation and thickness of the stratum basale, but did not affect NP neurite outgrowth. Oα-Syn did not decrease the number of human neonatal epidermal keratinocytes (HEKn) but, as seen for the RHE, it also decreased the proliferation of HEKn. We confirmed that the oligomeric, and not the monomeric α-Syn species, accounted for the proliferation-decreasing effect. Oα-Syn also increased the NF-kB nuclear translocation in HEKn analyzed by nucleus/cytoplasm NF-κB fluorescence intensity. In addition, Oα-Syn triggered inflammation in the RHE, by increasing the mRNA levels of IL-1β and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), and the release of TNF-α in a time-dependent manner. These findings show that Oα-Syn does not affect neurite outgrowth but induces a decrease in keratinocyte proliferation along with epidermal inflammation. With our tridimensional models, we demonstrated that the neurodegenerative protein Oα-Syn also degenerates the epidermis, drawing attention to the need of target-based screening to prevent and treat the effects of skin aging.