Abstract The molecular underpinnings of organ dysfunction in acute COVID-19 and its potential long-term sequelae are under intense investigation. To shed light on these in the context of liver function, we performed single-nucleus RNA-seq and spatial transcriptomic profiling of livers from 17 COVID-19 decedents. We identified hepatocytes positive for SARS-CoV-2 RNA with an expression phenotype resembling infected lung epithelial cells. Integrated analysis and comparisons with healthy controls revealed extensive changes in the cellular composition and expression states in COVID-19 liver, reflecting hepatocellular injury, ductular reaction, pathologic vascular expansion, and fibrogenesis. We also observed Kupffer cell proliferation and erythrocyte progenitors for the first time in a human liver single-cell atlas, resembling similar responses in liver injury in mice and in sepsis, respectively. Despite the absence of a clinical acute liver injury phenotype, endothelial cell composition was dramatically impacted in COVID-19, concomitantly with extensive alterations and profibrogenic activation of reactive cholangiocytes and mesenchymal cells. Our atlas provides novel insights into liver physiology and pathology in COVID-19 and forms a foundational resource for its investigation and understanding.

ABSTRACT Immunotherapies have shown great promise in pleural mesothelioma (PM), yet most patients still do not achieve significant clinical response, highlighting the importance of improving understanding of the tumor microenvironment (TME). Here, we utilized high-throughput, single-cell RNA-sequencing to de novo identify 54 expression programs and construct a comprehensive cellular catalogue of the PM TME. We found four cancer-intrinsic programs associated with poor disease outcome and a novel fetal-like, endothelial cell population that likely responds to VEGF signaling and promotes angiogenesis. Throughout cellular compartments, we observe substantial difference in the TME associated with a cancer-intrinsic sarcomatoid signature, including enrichment in fetal-like endothelial cells, CXCL9+ macrophages, cytotoxic, exhausted, and regulatory T cells, which we validated using imaging and bulk deconvolution analyses on two independent cohorts. Finally, we show, both computationally and experimentally, that NKG2A-HLA-E interaction between NK and tumor cells represents an important new therapeutic axis in PM, especially for epithelioid cases. Statement of Significance This manuscript presents the first single-cell RNA-sequencing atlas of pleural mesothelioma (PM) tumor microenvironment. Findings of translational relevance, validated experimentally and using independent bulk cohorts, include identification of gene programs predictive of survival, a fetal-like endothelial cell population, and NKG2A blockade as a promising new immunotherapeutic intervention in PM.

ABSTRACT Multiple Myeloma (MM) remains incurable despite advances in treatment options. Although tumor subtypes and specific DNA abnormalities are linked to worse prognosis, the impact of immune dysfunction on disease emergence and/or treatment sensitivity remains unclear. We established a harmonized consortium to generate an Immune Atlas of MM aimed at informing disease etiology, risk stratification, and potential therapeutic strategies. We generated a transcriptome profile of 1,149,344 single cells from the bone marrow of 263 newly diagnosed patients enrolled in the CoMMpass study and characterized immune and hematopoietic cell populations. Associating cell abundances and gene expression with disease progression revealed the presence of a proinflammatory immune senescence-associated secretory phenotype in rapidly progressing patients. Furthermore, signaling analyses suggested active intercellular communication involving APRIL-BCMA, potentially promoting tumor growth and survival. Finally, we demonstrate that integrating immune cell levels with genetic information can significantly improve patient stratification.

Knowing the genes involved in quantitative traits provides a critical entry point to understanding the biological bases of behavior, but there are very few examples where the pathway from genetic locus to behavioral change is known. Here we address a key step towards that goal by deploying a test that directly queries whether a gene mediates the effect of a quantitative trait locus (QTL). To explore the role of specific genes in fear behavior, we mapped three fear-related traits, tested fourteen genes at six QTLs, and identified six genes. Four genes, Lsamp, Ptprd, Nptx2 and Sh3gl, have known roles in synapse function; the fifth gene, Psip1, is a transcriptional co-activator not previously implicated in behavior; the sixth is a long non-coding RNA 4933413L06Rik with no known function. Single nucleus transcriptomic and epigenetic analyses implicated excitatory neurons as likely mediating the genetic effects. Surprisingly, variation in transcriptome and epigenetic modalities between inbred strains occurred preferentially in excitatory neurons, suggesting that genetic variation is more permissible in excitatory than inhibitory neuronal circuits. Our results open a bottleneck in using genetic mapping of QTLs to find novel biology underlying behavior and prompt a reconsideration of expected relationships between genetic and functional variation.

ABSTRACT Multidrug efflux pumps are the frontline defense mechanisms of Gram-negative bacteria, yet little is known of their relative fitness tradeoffs under gut conditions such as low pH and the presence of antimicrobial food molecules. Low pH is important as it contributes to the proton-motive force (PMF) that drives most efflux pumps. We show how the PMF-dependent pumps AcrAB-TolC, MdtEF-TolC, and EmrAB-TolC undergo selection at low pH and in the presence of membrane-permeant phytochemicals. Competition assays were performed by flow cytometry of co-cultured Escherichia coli K-12 strains possessing or lacking a given pump complex. All three pumps showed negative selection under conditions that deplete PMF (pH 5.5 with CCCP, or at pH 8.0). At pH 5.5, selection against AcrAB-TolC was increased by aromatic acids, alcohols, and related phytochemicals such as methyl salicylate. The degree of fitness cost for AcrA was correlated with the phytochemical’s lipophilicity (logP). MdtEF-TolC and EmrAB-TolC each conferred a fitness cost at pH 5.5, but salicylate and benzoate conferred a net positive fitness contribution for the pump. Expression of pump genes was measured by digital PCR. Between pH 5.5 – 8.0, acrA and emrA were upregulated in log phase, whereas mdtE expression was upregulated in transition-to-stationary phase and at pH 5.5 in log phase. Methyl salicylate did not affect pump gene expression, despite selecting against AcrAB-TolC. Our results suggest that lipophilic non-acidic molecules select against a major efflux pump without positive section for others. IMPORTANCE For drugs that are administered orally, we need to understand how ingested phytochemicals modulate intrinsic drug resistance in our gut microbiome. Intrinsic drug resistance of bacteria is mediated by PMF-driven pumps that efflux many different antibiotics and cell waste products. These pumps play a key role in bacterial defense by conferring low-level resistance to antimicrobial agents at first exposure, while providing time for a pathogen to evolve resistance to higher levels of the antibiotic exposed. Nevertheless, efflux pumps confer energetic costs due to gene expression and pump energy expense. The bacterial PMF includes the transmembrane pH difference (ΔpH) which may be depleted by permeant acids and membrane disruptors. Understanding the fitness costs of efflux pumps may enable us to develop resistance breakers, that is, molecules that work together with antibiotics to potentiate their effect. We show that different pumps have distinct selection criteria, and we identified non-acidic aromatic molecules as promising candidates for drug resistance breakers.

In South Asia, bacterial wilt pathogens in the Ralstonia solanacearum species complex (RSSC) impose major constraints on eggplant, tomato, and pepper production. To improve the efficacy of bacterial wilt management, the goals of this study were to (1) conduct a survey of RSSC pathogens in Bangladesh and Nepal, (2) characterize the genetic diversity of these isolates, and (3) screen 37 tomato, eggplant, and pepper accessions for resistance to six representative isolates from South Asia. We isolated 99 isolates from Bangladesh and 20 isolates from Nepal and determined that all are phylotype I isolates of the Ralstonia pseudosolanacearum species. We sequenced and assembled draft genomes for 25 isolates. Phylogenomic analyses suggest that there is a wide diversity of endemic phylotype I isolates in South Asia, and possible introductions of two clonal phylotype I lineages into Bangladesh and Nepal. We contextualize our newly described isolates based on prior reports of RSSC diversity in South Asia and global reports of RSSC pathogens on eggplant and pepper. Greenhouse trials revealed multiple tomato, eggplant, and pepper accessions that exhibit promising levels of resistance to six phylotype I isolates from South Asia.