Abstract The corona virus (SARS-CoV-2) pandemic and the resulting long-term neurological complications in patients, known as long COVID, have renewed the interest in the correlation between viral infections and neurodegenerative brain disorders. While many viruses can reach the central nervous system (CNS) causing acute or chronic infections (such as herpes simplex virus 1, HSV-1), the lack of a clear mechanistic link between viruses and protein aggregation into amyloids, a characteristic of several neurodegenerative diseases, has rendered such a connection elusive. Recently, we showed that viruses can induce aggregation of purified amyloidogenic proteins via the direct physicochemical mechanism of heterogenous nucleation (HEN). In the current study, we show that the incubation of HSV-1 and SARS-CoV-2 with human cerebrospinal fluid (CSF) leads to the amyloid aggregation of several proteins known to be involved in neurodegenerative diseases, such as: APLP1 (amyloid beta precursor like protein 1), ApoE, clusterin, α2-macroglobulin, PGK-1 (phosphoglycerate kinase 1), ceruloplasmin, nucleolin, 14-3-3, transthyretin and vitronectin. Importantly, UV-inactivation of SARS-CoV-2 does not affect its ability to induce amyloid aggregation, as amyloid formation is dependent on viral surface catalysis via HEN and not its ability to replicate. Our results show that viruses can physically induce amyloid aggregation of proteins in human CSF, and thus providing a potential mechanism that may account for the association between persistent and latent/reactivating brain infections and neurodegenerative diseases.

Mast cells (MCs) are involved in pathogen defense and inflammatory reactions. Upon stimulation, they release substances stored in their granules via regulated exocytosis. In other cell types, Munc13 proteins play essential roles in regulated exocytosis. We found that MCs express Munc13-2 and -4, and we studied their roles using global and conditional knockout (KO) mice. In a model of systemic anaphylaxis, we found no difference between WT and Munc13-2 KO mice, but global and MC-specific Munc13-4 KO mice developed less hypothermia. This protection correlated with lower plasma histamine levels and histological evidence of defective MC degranulation, and not with changes in MC development, distribution, numbers or morphology. In vitro assays revealed that the defective MC response in the absence of Munc13-4 was limited to regulated exocytosis, leaving other MC secretory effector responses intact. Single cell capacitance measurements in MCs from mouse mutants with different expression levels of Munc13-4 in their MCs showed that as levels of Munc13-4 decrease, the rate of exocytosis declines first, and the total amount of exocytosis follows. A requirement for Munc13-2 in MC exocytosis was revealed only in the absence of Munc13-4. Electrophysiology and electron microscopy studies showed that the number of multigranular compound events (granule-to-granule homotypic fusion) was severely reduced in the absence of Munc13-4. We conclude that while Munc13-2 plays a minor role, Munc13-4 is essential for regulated exocytosis in MCs, and that this MC effector response is required for a full IgE-mediated anaphylactic response.