Flow refers to a positive, activity-associated, subjective experience under conditions of a perceived fit between skills and task demands. Using functional magnetic resonance perfusion imaging, we investigated the neural correlates of flow in a sample of 27 human subjects. Experimentally, in the flow condition participants worked on mental arithmetic tasks at challenging task difficulty which was automatically and continuously adjusted to individuals' skill level. Experimental settings of "boredom" and "overload" served as comparison conditions. The experience of flow was associated with relative increases in neural activity in the left anterior inferior frontal gyrus (IFG) and the left putamen. Relative decreases in neural activity were observed in the medial prefrontal cortex (MPFC) and the amygdala (AMY). Subjective ratings of the flow experience were significantly associated with changes in neural activity in the IFG, AMY, and, with trend towards significance, in the MPFC. We conclude that neural activity changes in these brain regions reflect psychological processes that map on the characteristic features of flow: coding of increased outcome probability (putamen), deeper sense of cognitive control (IFG), decreased self-referential processing (MPFC), and decreased negative arousal (AMY).

The human brain has undergone rapid expansion since humans diverged from other great apes, but the mechanism of this human-specific enlargement is still unknown. Here, we use cerebral organoids derived from human, gorilla, and chimpanzee cells to study developmental mechanisms driving evolutionary brain expansion. We find that neuroepithelial differentiation is a protracted process in apes, involving a previously unrecognized transition state characterized by a change in cell shape. Furthermore, we show that human organoids are larger due to a delay in this transition, associated with differences in interkinetic nuclear migration and cell cycle length. Comparative RNA sequencing (RNA-seq) reveals differences in expression dynamics of cell morphogenesis factors, including ZEB2, a known epithelial-mesenchymal transition regulator. We show that ZEB2 promotes neuroepithelial transition, and its manipulation and downstream signaling leads to acquisition of nonhuman ape architecture in the human context and vice versa, establishing an important role for neuroepithelial cell shape in human brain expansion.

Abstract The human brain has undergone rapid expansion since humans diverged from other great apes, but the mechanism of this human-specific enlargement is still unknown. Here, we use cerebral organoids derived from human, gorilla and chimpanzee cells to study developmental mechanisms driving evolutionary brain expansion. We find that the differentiation of neuroepithelial cells to neurogenic radial glia is a protracted process in apes, involving a previously unrecognized transition state characterized by a change in cell shape. Furthermore, we show that human organoids are larger due to a delay in this transition. Temporally resolved RNA-seq from human and gorilla organoids reveals differences in gene expression patterns associated with cell morphogenesis, and in particular highlights ZEB2 , a known regulator of epithelial-mesenchymal transition and cell shape. We show, through loss- and gain-of-function experiments, that ZEB2 promotes the progression of neuroepithelial differentiation, and its ectopic overexpression in human is sufficient to trigger a premature transition. Thus, by mimicking the nonhuman ape expression in human organoids, we are able to force the acquisition of nonhuman ape architecture, establishing for the first time, an instructive role of neuroepithelial cell shape in human brain expansion.

Abstract Reliable, easy-to-handle phenotypic screening platforms are needed for the identification of anti-SARS-CoV-2 compounds. Here, we present caspase 3/7 activity as a read-out for monitoring the replication of SARS-CoV-2 isolates from different variants, including a remdesivir-resistant strain, and of other coronaviruses in a broad range of cell culture models, independently of cytopathogenic effect formation. Compared to other cell culture models, the Caco-2 subline Caco-2-F03 displayed superior performance, as it possesses a stable SARS-CoV-2 susceptible phenotype and does not produce false-positive hits due to drug-induced phospholipidosis. A proof-of-concept screen of 1796 kinase inhibitors identified known and novel antiviral drug candidates including inhibitors of PHGDH, CLK-1, and CSF1R. The activity of the PHGDH inhibitor NCT-503 was further increased in combination with the HK2 inhibitor 2-deoxy-D-glucose, which is in clinical development for COVID-19. In conclusion, caspase 3/7 activity detection in SARS-CoV-2-infected Caco-2F03 cells provides a simple phenotypic high-throughput screening platform for SARS-CoV-2 drug candidates that reduces false positive hits.

Abstract Background Functionally coupled large myocardial grafts and a remarkable improvement of heart function in nonhuman primate models of myocardial infarction have been reported after transplantation of human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes at relatively high numbers of up to 10 9 single cell cardiomyocytes - a dose equivalent to total cell loss after myocardial infarction in ∼10 times larger human hearts. To overcome apparent limitations associated with the application of single cells, this pre-clinical study investigated the injection of cardiomyocyte aggregates instead. Methods Human iPSC-derived cardiomyocyte aggregates were produced in scalable suspension culture. Intramyocardial injection of the aggregates into cynomolgus monkey hearts was conducted two weeks after myocardial infarction induced by permanent coronary artery ligation. Human cell engraftment was assessed after two weeks or three months; functional analyses included continuous telemetric ECG recording and repeated cardiac MRI assessment in comparison to sham treated animals. Results Treatment with cell numbers as low as 5 x 10 7 resulted in efficient structural engraftment. Notably, the degree of heart function recovery in vivo seemed to correlate with the contractility of the applied cardiomyocytes tested by parallel experiments in vitro . Graft-induced non-life-threatening arrhythmias were transient and decreased considerably during the three months follow-up. Conclusions Transplantation of human iPSC-derived cardiomyocyte aggregates yielded comparable results to the reported application of higher numbers of single cell cardiomyocytes from human ESC, suggesting that the application of cardiomyocyte aggregates facilitates cell therapy development by reducing cell production costs and clinical risks associated with the administration of relatively high cell numbers. Clinical Perspective What is new? In contrast to previously applied single cells, human iPSC-derived cardiomyocyte aggregates (hiCMAs) were transplanted in a non-human primate (NHP) model of MI, to reduce the required cell dose, promote myocardial retention of the graft, and limit the risks for adverse effects. Such low-dose treatment with almost pure ventricular cardiomyocytes produced under GMP-compliant conditions, resulted in the formation of relative large, structurally integrated human grafts in NHP hearts. Transient non-life-threatening arrhythmias associated with intramyocardial cell transplantation decreased considerably during the three months follow-up. A remarkable recovery of left ventricular function was observed. This recovery notably correlated with the in vitro contractility of transplanted cardiomyocyte batches tested in bioartificial cardiac tissues (BCTs), underlining the relevance of a suitable potency assay. What are the clinical implications? Intra-myocardial injection of hiCMAs is a promising treatment modality for the recovery of contractile function after MI; their advanced production, storage and testing revealed in the study facilitate the clinical translation of hiPSC-based heart repair. The need for relatively low numbers of cardiomyocytes produced through advanced protocols for scalable suspension culture reduces production costs of adequate cell batches, thereby increasing treatment availability. In vitro testing of the produced cell batches is required to ensure treatment efficacy. Clinical hiCMA injection can be considered reasonably safe, however, pharmacological prevention and treatment of arrhythmias is required and temporary implantation of a cardioverter-defibrillator (ICD) could be considered.

Abstract Recent findings in permanent cell lines suggested that SARS-CoV-2 Omicron BA.1 induces a stronger interferon response than Delta. Here, we show that BA.1 and BA.5 but not Delta induce an antiviral state in air-liquid interface (ALI) cultures of primary human bronchial epithelial (HBE) cells and primary human monocytes. Both Omicron subvariants caused the production of biologically active type I (α/β) and III (λ) interferons and protected cells from super-infection with influenza A viruses. Notably, abortive Omicron infection of monocytes was sufficient to protect monocytes from influenza A virus infection. Interestingly, while influenza-like illnesses surged during the Delta wave in England, their spread rapidly declined upon the emergence of Omicron. Mechanistically, Omicron-induced interferon signalling was mediated via double-stranded RNA recognition by MDA5, as MDA5 knock-out prevented it. The JAK/ STAT inhibitor baricitinib inhibited the Omicron-mediated antiviral response, suggesting it is caused by MDA5-mediated interferon production, which activates interferon receptors that then trigger JAK/ STAT signalling. In conclusion, our study 1) demonstrates that only Omicron but not Delta induces a substantial interferon response in physiologically relevant models, 2) shows that Omicron infection protects cells from influenza A virus super-infection, and 3) indicates that BA.1 and BA.5 induce comparable antiviral states.

ABSTRACT Epidemiological data demonstrate that SARS-CoV-2 variants of concern (VOC) B.1.1.7 and B.1.617.2 are more transmissible and infections are associated with a higher mortality than non-VOC virus infections. Phenotypic properties underlying their enhanced spread in the human population remain unknown. B.1.1.7 virus isolates displayed inferior or equivalent spread in most cell lines and primary cells compared to an ancestral B.1 SARS-CoV-2, and were outcompeted by the latter. Lower infectivity and delayed entry kinetics of B.1.1.7 viruses were accompanied by inefficient proteolytic processing of spike. B.1.1.7 viruses failed to escape from neutralizing antibodies, but slightly dampened induction of innate immunity. The bronchial cell line NCI-H1299 supported 24- and 595-fold increased growth of B.1.1.7 and B.1.617.2 viruses, respectively, in the absence of detectable ACE2 expression and in a spike-determined fashion. Superior spread in NCI-H1299 cells suggests that VOCs employ a distinct set of cellular cofactors that may be unavailable in standard cell lines.

Abstract Actins are structural cytoskeletal proteins playing crucial roles in multiple cellular processes. Mutations in the ACTB and ACTG1 genes, encoding the ubiquitous beta- and gamma- cytoskeletal actin isoforms, respectively, cause a broad spectrum of neurodevelopmental disorders, with microcephaly as the most frequent one. Here we used patient-derived cerebral organoids to gain insight into the pathogenesis underlying this cortical malformation. Cerebral organoids from induced pluripotent stem cells (iPSCs) of patients with the Baraitser-Winter- CerebroFrontoFacial syndrome (BWCFF-S), expressing either an ACTB or an ACTG1 missense mutation, are reduced in size, showing a thinner ventricular zone (VZ). This decrease in VZ progenitors is in turn associated with a striking change in the orientation of their cleavage plane from predominantly vertical (control) to predominantly horizontal (BWCFF-S), which is incompatible with increasing VZ progenitor abundance. Various cytoskeletal and morphological irregularities of BWCFF-S VZ progenitors, notably in the apical region of these cells, seemingly contribute to their predominantly horizontal cleavage plane orientation. Our results provide insight into the cell biological basis of the microcephaly associated with BWCFF-S caused by actin mutations.

Abstract In addition to antioxidative and anti-inflammatory properties, activators of the cytoprotective nuclear factor erythroid-2-like-2 (NRF2) signaling pathway have antiviral effects, but the underlying antiviral mechanisms are incompletely understood. We evaluated the ability of the NRF2 activators 4-octyl itaconate (4OI), bardoxolone methyl (BARD), sulforaphane (SFN), and the inhibitor of exportin-1 (XPO1)-mediated nuclear export selinexor (SEL) to interfere with influenza virus A/Puerto Rico/8/1934 (H1N1) infection of human cells. All compounds reduced viral titers in supernatants from A549 cells and vascular endothelial cells in the order of efficacy SEL>4OI>BARD=SFN, which correlated with their ability to prevent nucleo-cytoplasmic export of viral nucleoprotein and the host cell protein p53. In contrast, intracellular levels of viral HA mRNA and nucleocapsid protein (NP) were unaffected. Knocking down mRNA encoding KEAP1 (the main inhibitor of NRF2) or inactivating the NFE2L2 gene (which encodes NRF2) revealed that physiologic NRF2 signaling restricts IAV replication. However, the antiviral effect of all compounds was NRF2-independent. Instead, XPO1 knock-down greatly reduced viral titers, and incubation of Calu3 cells with an alkynated 4OI probe demonstrated formation of a covalent complex with XPO1. Ligand–target modelling predicted covalent binding of all three NRF2 activators and SEL to the active site of XPO1 involving the critical Cys528. SEL and 4OI manifested the highest binding energies, whereby the 4-octyl tail of 4OI interacted extensively with the hydrophobic groove of XPO1, which binds nuclear export sequences on cargo proteins. Conversely, SEL as well as the three NRF2 activators were predicted to covalently bind the functionally critical Cys151 in KEAP1. Blocking XPO1-mediated nuclear export may, thus, constitute a “noncanonical” mechanism of anti-influenza activity of electrophilic NRF2 activators that can interact with similar cysteine environments at the active sites of XPO1 and KEAP1. Considering the importance of XPO1 function to a variety of pathogenic viruses, compounds that are optimized to inhibit both targets may constitute an important class of broadly active host-directed treatments that embody anti-inflammatory, cytoprotective, and antiviral properties. Author summary Virus infections often cause organ damage via excessive inflammation and oxidative stress. The identification of host-directed treatments that reduce inflammation, accumulation of reactive oxygen species, and viral infectivity is an important goal of antiviral drug development. One advantage of host-directed antivirals is that their targets are encoded by the stable host genome, making emergence of viral resistance less likely. The KEAP1/NRF2 signaling pathway is the most important pathway in humans that protects cells from oxidative stress, and it also induces antiviral and anti-inflammatory responses. NRF2 activators, therefore, are promising candidates for development of host-directed antivirals. We evaluated three NRF2-activating compounds as host-directed treatments for influenza A virus (IAV) infection. All three compounds reduced viral replication, cellular inflammation, and reactive oxygen species. Surprisingly, these effects were completely independent of NRF2 signaling. Instead, we found that these compounds (particularly 4-octyl itaconate) interfere with export of viral RNA/protein complexes from the nucleus, thereby reducing release of viral particles. The most plausible explanation is that the “natural” target of these compounds, KEAP1 (which limits NRF2 signaling), and the nuclear export factor XPO1 (which is required for egress of IAV from the nucleus) contain similar binding sites, thus allowing “NRF2 activators” to also inhibit XPO1.