SARS coronavirus-2 (SARS-CoV-2) is causing a global pandemic with large variation in COVID-19 disease spectrum. SARS-CoV-2 infection requires host receptor ACE2 on lung epithelium, but epithelial underpinnings of variation are largely unknown. We capitalized on comprehensive organoid assays to report remarkable variation in SARS-CoV-2 infection rates of lung organoids from different subjects. Tropism is highest for TUBA- and MUC5AC-positive organoid cells, but levels of TUBA-, MUC5A-, or ACE2- positive cells do not predict infection rate. We identify surface molecule Tetraspanin 8 (TSPAN8) as novel mediator of SARS-CoV-2 infection, which is not downregulated by this specific virus. TSPAN8 levels, prior to infection, strongly correlate with infection rate and TSPAN8-blocking antibodies diminish SARS-CoV-2 infection. We propose TSPAN8 as novel functional biomarker and potential therapeutic target for COVID-19.

ABSTRACT Normal hematopoiesis requires constant prolific production of different blood cell lineages by multipotent hematopoietic stem cells (HSC). Stem- and progenitor- cells need to balance dormancy with proliferation. How genetic alterations impact frequency, lineage potential, and metabolism of HSC is largely unknown. Here, we compared induced expression of KRAS G12D or RasGRP1 to normal hematopoiesis. At low-resolution, both Ras pathway lesions result in skewing towards myeloid lineages. Single-cell resolution CyTOF proteomics unmasked an expansion of HSC- and progenitor- compartments for RasGRP1, contrasted by a depletion for KRAS G12D . SCENITH™ quantitates protein synthesis with single-cell precision and corroborated that immature cells display low metabolic SCENITH™ rates. Both RasGRP1 and KRAS G12D elevated mean SCENITH™ signals in immature cells. However, RasGRP1-overexpressing stem cells retain a metabolically quiescent cell-fraction, whereas this fraction diminishes for KRAS G12D . Our temporal single cell proteomics and metabolomics datasets provide a resource of mechanistic insights into altered hematopoiesis at single cell resolution.

The BBSome is a complex of eight Bardet-Biedl Syndrome (BBS) proteins that removes signaling receptors from cilia. The GTPase ARL6/BBS3 recruits the BBSome to the ciliary membrane where the BBSome-ARL6GTP complex ferries G protein-coupled receptors (GPCRs) across the transition zone, a diffusion barrier at the base of cilia. Here, we find that the BBSome undergoes a conformational change upon recruitment to membranes by ARL6GTP. Modeling the binding of the BBSome to membranes and to the GPCR Smoothened (SMO) reveals that the amphipathic helix 8 of SMO must be released from the membrane for SMO to be recognized by the BBSome. Underscoring the functional importance of amphipathic helix extraction in TZ crossing, we find that exchanging the amphipathic helix of ARL6 for one that embeds deeper into the membrane blocks BBSome-mediated exit of GPCRs from cilia. We propose that the rigid curvature and dense lipid packing of the transition zone reject asymmetric insertions in the inner leaflet and that the BBSome licenses transition zone crossing by extracting bulky amphipathic helices from the inner leaflet.