SARS-CoV-2 has caused the COVID-19 pandemic. There is an urgent need for physiological models to study SARS-CoV-2 infection using human disease-relevant cells. COVID-19 pathophysiology includes respiratory failure but involves other organ systems including gut, liver, heart, and pancreas. We present an experimental platform comprised of cell and organoid derivatives from human pluripotent stem cells (hPSCs). A Spike-enabled pseudo-entry virus infects pancreatic endocrine cells, liver organoids, cardiomyocytes, and dopaminergic neurons. Recent clinical studies show a strong association with COVID-19 and diabetes. We find that human pancreatic beta cells and liver organoids are highly permissive to SARS-CoV-2 infection, further validated using adult primary human islets and adult hepatocyte and cholangiocyte organoids. SARS-CoV-2 infection caused striking expression of chemokines, as also seen in primary human COVID-19 pulmonary autopsy samples. hPSC-derived cells/organoids provide valuable models for understanding the cellular responses of human tissues to SARS-CoV-2 infection and for disease modeling of COVID-19.

Ammar Al-Chalabi, Jan Veldink and colleagues perform a genome-wide association study for amyotrophic lateral sclerosis (ALS) in 15,156 cases and 26,242 controls. They identify three new genome-wide-significant variants and establish ALS as a complex trait with a polygenic architecture, but with a distinct and important role for low-frequency variants. To elucidate the genetic architecture of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and find associated loci, we assembled a custom imputation reference panel from whole-genome-sequenced patients with ALS and matched controls (n = 1,861). Through imputation and mixed-model association analysis in 12,577 cases and 23,475 controls, combined with 2,579 cases and 2,767 controls in an independent replication cohort, we fine-mapped a new risk locus on chromosome 21 and identified C21orf2 as a gene associated with ALS risk. In addition, we identified MOBP and SCFD1 as new associated risk loci. We established evidence of ALS being a complex genetic trait with a polygenic architecture. Furthermore, we estimated the SNP-based heritability at 8.5%, with a distinct and important role for low-frequency variants (frequency 1–10%). This study motivates the interrogation of larger samples with full genome coverage to identify rare causal variants that underpin ALS risk.

Abstract Cerebral organoids are 3D stem cell-derived models that can be utilized to study the human brain. The current consensus is that cerebral organoids consist of cells derived from the neuroectodermal lineage. This limits their value and applicability, as mesodermal-derived microglia are important players in neural development and disease. Remarkably, here we show that microglia can innately develop within a cerebral organoid model and display their characteristic ramified morphology. The transcriptome and response to inflammatory stimulation of these organoid-grown microglia closely mimic the transcriptome and response of adult microglia acutely isolated from post mortem human brain tissue. In addition, organoid-grown microglia mediate phagocytosis and synaptic material is detected inside them. In all, our study characterizes a microglia-containing organoid model that represents a valuable tool for studying the interplay between microglia, macroglia, and neurons in human brain development and disease.

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.

Inherited deficiency of the RNA lariat–debranching enzyme 1 (DBR1) is a rare etiology of brainstem viral encephalitis. The cellular basis of disease and the range of viral predisposition are unclear. We report inherited DBR1 deficiency in a 14-year-old boy who suffered from isolated SARS-CoV-2 brainstem encephalitis. The patient is homozygous for a previously reported hypomorphic and pathogenic DBR1 variant (I120T). Consistently, DBR1 I120T/I120T fibroblasts from affected individuals from this and another unrelated kindred have similarly low levels of DBR1 protein and high levels of RNA lariats. DBR1 I120T/I120T human pluripotent stem cell (hPSC)–derived hindbrain neurons are highly susceptible to SARS-CoV-2 infection. Exogenous WT DBR1 expression in DBR1 I120T/I120T fibroblasts and hindbrain neurons rescued the RNA lariat accumulation phenotype. Moreover, expression of exogenous RNA lariats, mimicking DBR1 deficiency, increased the susceptibility of WT hindbrain neurons to SARS-CoV-2 infection. Inborn errors of DBR1 impair hindbrain neuron–intrinsic antiviral immunity, predisposing to viral infections of the brainstem, including that by SARS-CoV-2.

Most cases of herpes simplex virus 1 (HSV-1) encephalitis (HSE) remain unexplained