Coronaviruses are adept at evading host antiviral pathways induced by viral double-stranded RNA, including interferon (IFN) signaling, oligoadenylate synthetase-ribonuclease L (OAS-RNase L), and protein kinase R (PKR). While dysregulated or inadequate IFN responses have been associated with severe coronavirus infection, the extent to which the recently emerged SARS-CoV-2 activates or antagonizes these pathways is relatively unknown. We found that SARS-CoV-2 infects patient-derived nasal epithelial cells, present at the initial site of infection, induced pluripotent stem cell-derived alveolar type 2 cells (iAT2), the major cell type infected in the lung, and cardiomyocytes (iCM), consistent with cardiovascular consequences of COVID-19 disease. Robust activation of IFN or OAS-RNase L is not observed in these cell types, while PKR activation is evident in iAT2 and iCM. In SARS-CoV-2 infected Calu-3 and A549 ACE2 lung-derived cell lines, IFN induction remains relatively weak; however activation of OAS-RNase L and PKR is observed. This is in contrast to MERS-CoV, which effectively inhibits IFN signaling as well as OAS-RNase L and PKR pathways, but similar to mutant MERS-CoV lacking innate immune antagonists. Remarkably, both OAS-RNase L and PKR are activated in MAVS knockout A549 ACE2 cells, demonstrating that SARS-CoV-2 can induce these host antiviral pathways despite minimal IFN production. Moreover, increased replication and cytopathic effect in RNASEL knockout A549 ACE2 cells implicates OAS-RNase L in restricting SARS-CoV-2. Finally, while SARS-CoV-2 fails to antagonize these host defense pathways, which contrasts with other coronaviruses, the IFN signaling response is generally weak. These host-virus interactions may contribute to the unique pathogenesis of SARS-CoV-2.SARS-CoV-2 emergence in late 2019 led to the COVID-19 pandemic that has had devastating effects on human health and the economy. Early innate immune responses are essential for protection against virus invasion. While inadequate innate immune responses are associated with severe COVID-19 diseases, understanding of the interaction of SARS-CoV-2 with host antiviral pathways is minimal. We have characterized the innate immune response to SARS-CoV-2 infections in relevant respiratory tract derived cells and cardiomyocytes and found that SARS-CoV-2 activates two antiviral pathways, oligoadenylate synthetase-ribonuclease L (OAS-RNase L), and protein kinase R (PKR), while inducing minimal levels of interferon. This in contrast to MERS-CoV which inhibits all three pathways. Activation of these pathways may contribute to the distinctive pathogenesis of SARS-CoV-2.

Chromatin accessibility is essential in regulating gene expression and cellular identity, and alterations in accessibility have been implicated in driving cancer initiation, progression and metastasis1-4. Although the genetic contributions to oncogenic transitions have been investigated, epigenetic drivers remain less understood. Here we constructed a pan-cancer epigenetic and transcriptomic atlas using single-nucleus chromatin accessibility data (using single-nucleus assay for transposase-accessible chromatin) from 225 samples and matched single-cell or single-nucleus RNA-sequencing expression data from 206 samples. With over 1 million cells from each platform analysed through the enrichment of accessible chromatin regions, transcription factor motifs and regulons, we identified epigenetic drivers associated with cancer transitions. Some epigenetic drivers appeared in multiple cancers (for example, regulatory regions of ABCC1 and VEGFA; GATA6 and FOX-family motifs), whereas others were cancer specific (for example, regulatory regions of FGF19, ASAP2 and EN1, and the PBX3 motif). Among epigenetically altered pathways, TP53, hypoxia and TNF signalling were linked to cancer initiation, whereas oestrogen response, epithelial-mesenchymal transition and apical junction were tied to metastatic transition. Furthermore, we revealed a marked correlation between enhancer accessibility and gene expression and uncovered cooperation between epigenetic and genetic drivers. This atlas provides a foundation for further investigation of epigenetic dynamics in cancer transitions.

Smoking is a potentially causal behavioral risk factor for type 2 diabetes (T2D), but not all smokers develop T2D. It is unknown whether genetic factors partially explain this variation. We performed genome-environment-wide interaction studies to identify loci exhibiting potential interaction with baseline smoking status (ever vs. never) on incident T2D and fasting glucose (FG). Analyses were performed in participants of European (EA) and African ancestry (AA) separately. Discovery analyses were conducted using genotype data from the 50,000-single-nucleotide polymorphism (SNP) ITMAT-Broad-CARe (IBC) array in 5 cohorts from from the Candidate Gene Association Resource Consortium (n = 23,189). Replication was performed in up to 16 studies from the Cohorts for Heart Aging Research in Genomic Epidemiology Consortium (n = 74,584). In meta-analysis of discovery and replication estimates, 5 SNPs met at least one criterion for potential interaction with smoking on incident T2D at p<1x10-7 (adjusted for multiple hypothesis-testing with the IBC array). Two SNPs had significant joint effects in the overall model and significant main effects only in one smoking stratum: rs140637 (FBN1) in AA individuals had a significant main effect only among smokers, and rs1444261 (closest gene C2orf63) in EA individuals had a significant main effect only among nonsmokers. Three additional SNPs were identified as having potential interaction by exhibiting a significant main effects only in smokers: rs1801232 (CUBN) in AA individuals, rs12243326 (TCF7L2) in EA individuals, and rs4132670 (TCF7L2) in EA individuals. No SNP met significance for potential interaction with smoking on baseline FG. The identification of these loci provides evidence for genetic interactions with smoking exposure that may explain some of the heterogeneity in the association between smoking and T2D.

The Omicron SARS-CoV-2 variant has been designated a variant of concern because its spike protein is heavily mutated. In particular, Omicron spike is mutated at 5 positions (K417, N440, E484, Q493 and N501) that have been associated with escape from neutralizing antibodies induced by either infection with or immunization against the early Washington strain of SARS-CoV-2. The mouse-adapted strain of SARS-CoV-2, SARS2-N501Y MA30 , contains a spike that is also heavily mutated, with mutations at 4 of the 5 positions in Omicron spike associated with neutralizing antibody escape (K417, E484, Q493 and N501). In this manuscript we show that intranasal immunization with a pre-fusion stabilized Washington strain spike, expressed from a highly attenuated, replication-competent vaccinia virus construct, NYVAC-KC, fully protected mice against disease and death from SARS2-N501Y MA30 . Similarly, immunization by scarification on the skin fully protected against death, but not from mild disease. This data demonstrates that Washington strain spike, when expressed from a highly attenuated, replication-competent poxvirus, administered without parenteral injection can fully protect against the heavily mutated mouse-adapted SARS2-N501Y MA30 .

Abstract SARS-CoV-2 emerged in China at the end of 2019 and caused the global pandemic of COVID-19, a disease with high morbidity and mortality. While our understanding of this new virus is rapidly increasing, gaps remain in our understanding of how SARS-CoV-2 can effectively suppress host cell antiviral responses. Recent work on other viruses has demonstrated a novel mechanism through which viral proteins can mimic critical regions of human histone proteins. Histone proteins are responsible for governing genome accessibility and their precise regulation is critical for a cell’s ability to control transcription and respond to viral threats. Here, we show that the protein encoded by ORF8 (Orf8) in SARS-CoV-2 functions as a histone mimic of the ARKS motif in histone 3. Orf8 is associated with chromatin, binds to numerous histone-associated proteins, and is itself acetylated within the histone mimic site. Orf8 expression in cells disrupts multiple critical histone post-translational modifications (PTMs) including H3K9ac, H3K9me3, and H3K27me3 and promotes chromatin compaction while Orf8 lacking the histone mimic motif does not. Further, SARS-CoV-2 infection in human cell lines and postmortem patient lung tissue cause these same disruptions to chromatin. However, deletion of the Orf8 gene from SARS-CoV-2 largely blocks its ability to disrupt host-cell chromatin indicating that Orf8 is responsible for these effects. Finally, deletion of the ORF8 gene affects the host-cell transcriptional response to SARS-CoV-2 infection in multiple cell types and decreases the replication of SARS-CoV-2 in human induced pluripotent stem cell-derived lung alveolar type 2 (iAT2) pulmonary cells. These findings demonstrate a novel function for the poorly understood ORF8-encoded protein and a mechanism through which SARS-CoV-2 disrupts host cell epigenetic regulation. Finally, this work provides a molecular basis for the finding that SARS-CoV-2 lacking ORF8 is associated with decreased severity of COVID-19.

1. Abstract Severe acute respiratory distress syndrome (ARDS) during SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus-2) infection, manifests as uncontrolled lung inflammation and systemic thrombosis with high mortality. Anti-viral drugs and monoclonal antibodies can reduce COVID-19 severity if administered in the early viremic phase, but treatments for later stage immuno-thrombotic syndrome and long COVID are limited. Ser ine p rotease in hibitors (SERPINS) regulate activated proteases during thrombotic, thrombolytic and immune responses. The myxoma poxvirus-derived Serp-1 protein is a secreted immunomodulatory serpin that targets activated coagulation and complement protease pathways as part of a self-defense strategy to combat viral clearance by the innate immune system. When purified and utilized as an anti-immune therapeutic, Serp-1 is effective as an anti-inflammatory drug in multiple animal models of inflammatory lung disease and vasculitis. Here, we describe systemic treatment with purified PEGylated Serp-1 (PEGSerp-1) as a therapy for immuno-thrombotic complications during ARDS. Treatment with PEGSerp-1 in two distinct mouse-adapted SARS-CoV-2 models in C57Bl/6 and BALB/c mice reduced lung and heart inflammation, with improved clinical outcomes. PEGSerp-1 significantly reduced M1 macrophage invasion in the lung and heart by modifying urokinase-type plasminogen activator receptor (uPAR) and complement membrane attack complex (MAC). Sequential changes in urokinase-type plasminogen activator receptor (uPAR) and serpin gene expression were observed in lung and heart with PEGSerp-1 treatment. PEGSerp-1 is a highly effective immune-modulator with therapeutic potential for treatment of severe viral ARDS with additional potential to reduce late SARS-CoV-2 complications related to immune-thrombotic events that persist during long COVID. Significance Severe acute respiratory distress syndrome (ARDS) in SARS-CoV-2 infection manifests as uncontrolled tissue inflammation and systemic thrombosis with high mortality. Anti-viral drugs and monoclonal antibodies reduce COVID-19 severity if administered early, but treatments for later stage immuno-thrombosis are limited. Ser ine p rotease in hibitors (SERPINS) regulate thrombotic, thrombolytic and complement pathways. We investigate here systemic treatment with purified poxvirus-derived PEGSerp-1 as a therapeutic for immuno-thrombotic complications in viral ARDS. PEGSerp-1 treatment in two mouse-adapted SARS-CoV-2 models (C57Bl/6 and BALB/c) significantly reduced lung and heart inflammation and improved clinical outcomes, with sequential changes in thrombolytic (uPAR) and complement expression. PEGSerp-1 is a highly effective immune-modulator with therapeutic potential for immune-thrombotic complications in severe viral ARDS and has potential benefit for long COVID.

ABSTRACT Coronavirus EndoU inhibits dsRNA-activated antiviral responses; however, the physiologic RNA substrates of EndoU are unknown. In this study, we used mouse hepatitis virus (MHV)-infected bone-marrow-derived macrophage (BMM) and cyclic phosphate cDNA sequencing to identify the RNA targets of EndoU. EndoU targeted viral RNA, cleaving the 3′ side of pyrimidines with a strong preference for U ⬇ A and C ⬇ A sequences (endoY ⬇ A). EndoU-dependent cleavage was detected in every region of MHV RNA, from the 5′ NTR to the 3′ NTR, including transcriptional regulatory sequences (TRS). Cleavage at two CA dinucleotides immediately adjacent to the MHV poly(A) tail suggest a mechanism to suppress negative-strand RNA synthesis and the accumulation of viral dsRNA. MHV with EndoU (EndoU mut ) or 2′-5′ phosphodiesterase (PDE mut ) mutations provoked the activation of RNase L in BMM, with corresponding cleavage of RNAs by RNase L. The physiologic targets of EndoU are viral RNA templates required for negative-strand RNA synthesis and dsRNA accumulation. Impact Coronavirus EndoU cleaves U ⬇ A and C ⬇ A sequences (endoY ⬇ A) within viral (+) strand RNA to evade dsRNA-activated host responses.

Abstract G protein coupled receptor 37-like 1 (GPR37L1) is an orphan GPCR and its function remains largely unknown. Here we report that GPR37L1 transcript is highly expressed compared to all known GPCRs in mouse and human dorsal root ganglia (DRGs) and selectively expressed in satellite glial cells (SGCs). Peripheral neuropathy following diabetes and chemotherapy by streptozotocin and paclitaxel resulted in downregulations of surface GPR37L1 in mouse and human DRGs. Transgenic mice with Gpr37l1 deficiency exhibited impaired resolution of neuropathic pain symptom (mechanical allodynia), whereas overexpression of Gpr37l1 in mouse DRGs can reverse neuropathic pain. Notably, GPR37L1 is co-expressed and coupled with potassium channels in SGCs. We found striking species differences in potassium channel expression in SGCs, with predominant expression of KCNJ10 and KCNJ3 in mouse and human SGCs, respectively. GPR37L1 regulates the surface expression and function of KCNJ10 and KCNJ3. We identified the pro-resolving lipid mediator maresin 1 (MaR1) as a GPR37L1 ligand. MaR1 increases KCNJ10/KCNJ3-mediated potassium influx in SGCs via GPR37L1. MaR1 protected chemotherapy-induced suppression of KCNJ13/KCNJ10 expression and function in SGCs. Finally, genetic analysis revealed that the GPR37L1-E296K variant is associated with increased chronic pain risk by destabilizing the protein. Thus, GPR37L1 in SGCs offers a new target for neuropathy protection and pain control.

Replication defective viral genomes (DVGs) generated during virus replication are the primary triggers of antiviral immunity in many RNA virus infections. However, DVGs can also facilitate viral persistence. Why and how these two opposing functions of DVGs are achieved remain unknown. Here we report that during Sendai and respiratory syncytial virus infections DVGs selectively protect a subpopulation of cells from death and promote the establishment of persistent infections. We find that during Sendai virus infection this phenotype results from DVGs stimulating a MAVS-mediated TNF response that drives apoptosis of highly infected cells while extending the survival of cells enriched in DVGs. The pro-survival effect of TNF depends on the activity of the TNFR2/TRAF1 pathway that is regulated by MAVS signaling. These results identify TNF as a pivotal factor in determining cell fate during a viral infection and delineate a MAVS/TNFR2-mediated mechanism that drives the persistence of otherwise acute viruses.

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