Abstract Mpox, formerly known as monkeypox, is a zoonotic illness of international concern that can lead to severe disease including neurological sequelae. However, it remains unclear what the neurotropism of monkeypox virus (MPXV) is and how MPXV infection leads to neurological deficits. Here, we determined the neurotropism and neurovirulence of MPXV using human pluripotent stem cell- (hPSC)-derived neural stem cells, astrocytes, cortical neurons, and microglia together with ex vivo human brain tissue. We found that MPXV infects and replicates more efficiently in astrocytes and microglia compared to cortical neurons, which unlike glial cells showed activation of distinct antiviral programs that may confer differential susceptibility to MPXV. Ex vivo infection of human brain tissue confirmed the susceptibility of astrocytes to MPXV infection, which also had the strongest disease-associated changes. Molecular pathway analyses revealed induction of cellular senescence and a senescence-associated secretory phenotype upon MPXV infection in astrocytes. Finally, we demonstrated that antiviral treatment using tecovirimat inhibits MPXV replication and prevents virus-induced senescence in hPSC-derived astrocytes. Altogether, leveraging hPSC-derived brain cells, we reveal MPXV-induced cell type-specific effects at the molecular and cellular level, which provide important insights into the neuropathogenesis of MPXV infection.

Abstract Alphaviruses are mosquito-borne viruses that cause serious disease in humans and other mammals. Along with its mosquito vector, the alphavirus chikungunya virus (CHIKV) has spread explosively in the last 20 years, and there is no approved treatment for chikungunya fever. On the plasma membrane of the infected cell, CHIKV generates dedicated organelles for viral RNA replication, so-called spherules. Whereas structures exist for several viral proteins that make up the spherule, the architecture of the full organelle is unknown. Here, we use cryo-electron tomography to image CHIKV spherules in their cellular context. This reveals that the viral protein nsP1 serves as a base for the assembly of a larger protein complex at the neck of the membrane bud. Biochemical assays show that the viral helicase-protease nsP2, while having no membrane affinity on its own, is recruited to membranes by nsP1. The tomograms further reveal that full-sized spherules contain a single copy of the viral genome in double-stranded form. Finally, we present a mathematical model that explains the membrane remodeling of the spherule in terms of the pressure exerted on the membrane by the polymerizing RNA, which provides a good agreement with the experimental data. The energy released by RNA polymerization is found to be sufficient to remodel the membrane to the characteristic spherule shape.