SUMMARY Dysfunctional immune response in the COVID-19 patients is a recurrent theme impacting symptoms and mortality, yet the detailed understanding of pertinent immune cells is not complete. We applied single-cell RNA sequencing to 284 samples from 205 COVID-19 patients and controls to create a comprehensive immune landscape. Lymphopenia and active T and B cell responses were found to coexist and associated with age, sex and their interactions with COVID-19. Diverse epithelial and immune cell types were observed to be virus-positive and showed dramatic transcriptomic changes. Elevation of ANXA1 and S100A9 in virus-positive squamous epithelial cells may enable the initiation of neutrophil and macrophage responses via the ANXA1-FPR1 and S100A8/9-TLR4 axes. Systemic upregulation of S100A8/A9, mainly by megakaryocytes and monocytes in the peripheral blood, may contribute to the cytokine storms frequently observed in severe patients. Our data provide a rich resource for understanding the pathogenesis and designing effective therapeutic strategies for COVID-19. HIGHLIGHTS Large-scale scRNA-seq analysis depicts the immune landscape of COVID-19 Lymphopenia and active T and B cell responses coexist and are shaped by age and sex SARS-CoV-2 infects diverse epithelial and immune cells, inducing distinct responses Cytokine storms with systemic S100A8/A9 are associated with COVID-19 severity

Gastric cancer (GC) is one of the most common tumors worldwide and is the leading cause of tumor-related mortality. Traditional biomarkers and screening methods cannot meet the clinical demands. There is an urgent need for highly sensitive diagnostic markers as well as accurate quantification methods for early gastric cancer (EGC) screening. Here a dual-target cooperatively responsive fluorescent nanomachine by the innovative application of two targets─responsive strand migration system with a single-amplification-cycle element was developed for the simultaneous detection of GC biomarkers miR-5585-5p and PLS3 mRNA, which were selected by next-generation sequencing and RT-qPCR. It was also an RNA extraction-free, PCR-free, and nonenzymatic biosensor to achieve tumor cell imaging and serum diagnosis. Requiring only a 20 μL serum sample and 20 min incubation time, the nanomachine achieved an ultrasensitive detection limit of fM level with a broad linear range from fM to nM. More importantly, a higher AUC value (0.884) compared to the clinically used biomarker CA 72-4 was obtained by the nanomachine to distinguish GC patients successfully. Notably, for the key concerns of diagnosis of EGC patients, the nanomachine also achieved a satisfactory AUC value of 0.859. Taken together, this work has screened and obtained multiple biomarkers and developed a fluorescent nanomachine for combination diagnosis of GC, providing an ingenious design of a functionalized DNA nanomachine and a feasible strategy for the transformation of serum biomarkers into clinical diagnosis.

Abstract Microsporidia are obligate intracellular parasites that infect a wide variety of hosts, including humans. Microsporidian spores possess a unique, highly specialized invasion apparatus involving the polar filament, polaroplast and posterior vacuole. During spore germination, the polar filament is discharged out of the spore forming the hollow polar tube that transports the sporoplasm components including nucleus into the host cell to achieve the invasion. Due to the complicated topological changes occurring in this process, the formation of sporoplasm is unclear. Here, electron microscopy observation and DiI staining confirmed that during spore germination, a large number of vesicles derived from the polaroplast, nucleus and other cytoplasm were transported out via the polar tube. Meanwhile, the posterior vacuole and plasma membrane remained in the empty spore coat. In addition, there was no DiI-labeled membrane around the nucleus in mature spores, whereas a DiI-labeled limit membrane wrapping nucleus was found at the tip of the extruded polar tube, suggesting that the membrane of sporoplasm was formed outside the mature spore. Two Nosema bombycis sporoplasm surface proteins (NbTMP1 and NoboABCG1.1) were located at the polaroplast in mature spores, in the extruded polar tube and on the sporoplasm membrane, which indicated that the polaroplast transported via the polar tube finally became the limiting membrane of the sporoplasm. Golgi-tracker green and Golgi marker protein syntaxin 6 were also found the same model, which was consistent with the transported polaroplast derived from Golgi transformed into the novel sporoplasm membrane during spore germination. Importance Microsporidia, obligate intracellular pathogenic organisms, cause huge economic losses in agriculture and even threaten human health. The key to successful infection of microsporidia is its unique invasion apparatus which includes the polar filament, polaroplast and posterior vacuole. When the spore is activated to geminate, the polar filament uncoils and undergoes a rapid transition into the hollow polar tube that will transport the sporoplasm components including nucleus into a host cell to achieve the invasion. Knowledge of structure difference between polar filament and polar tube, the process of cargo transport in extruded polar tube, and the formation of the sporoplasm membrane are still poorly understood. Herein, we verify that the polar filament evaginates to form the polar tube, which serves as a conduit for transporting elongated nucleus and other sporoplasm components. And we confirm that the transported polaroplast finally transforms into the novel sporoplasm membrane during spore germination. Our study provides new insights into the cargo transportation process of polar tube and origin of the sporoplasm membrane, which serve as foundations for clarifying the microsporidian infection mechanism.

Abstract Coatomer complexes function in the sorting and trafficking of proteins between subcellular organelles. Pathogenic variants in coatomer subunits or associated factors have been reported in multi-systemic disorders, i.e., coatopathies, that can affect the skeletal and central nervous systems. We have identified loss-of-function variants in COPB2 , a component of the coatomer complex I (COPI), in individuals presenting with osteoporosis, fractures and developmental delay of variable severity. Because the role of COPB2 in bone has not been characterized, we studied the effect of COPB2 deficiency on skeletal development in mice and zebrafish. Copb2 +/− mice showed low bone mass and decreased bone strength. In zebrafish, larvae carrying a copb2 heterozygous frameshift variant showed delayed mineralization. copb2 -null embryos showed endoplasmic reticulum (ER) and Golgi disorganization, and embryonic lethality. COPB2 siRNA-treated fibroblasts showed delayed collagen trafficking with retention of type I collagen in the ER and Golgi, and altered distribution of Golgi markers. Our data suggest that COPB2 haploinsufficiency leads to disruption of intracellular collagen trafficking and osteoporosis, which may improve with ascorbic acid supplementation. This work highlights the role of COPI complex as a critical regulator of bone mass and identifies a new form of coatopathy due to COPB2 deficiency.