ABSTRACT Heart dysfunction, represented by conditions such as myocarditis and arrhythmia, has been reported in COVID-19 patients. Therapeutic strategies focused on the cardiovascular system, however, remain scarce. The Sigma-1 receptor (S1R) has been recently proposed as a therapeutic target because its inhibition reduces SARS-CoV-2 replication. To investigate the role of S1R in SARS-CoV-2 infection in the heart, we used human cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells (hiPSC-CM) as an experimental model. Here we show that the S1R antagonist NE-100 decreases SARS-CoV-2 infection and viral replication in hiPSC-CMs. Also, NE-100 reduces cytokine release and cell death associated with infection. Because S1R is involved in cardiac physiology, we investigated the effects of NE-100 in cardiomyocyte morphology and function. We show that NE-100 compromises cytoskeleton integrity and reduces beating frequency, causing contractile impairment. These results show that targeting S1R to challenge SARS-CoV-2 infection may be a useful therapeutic strategy but its detrimental effects in vivo on cardiac function should not be ignored.

Age increases the risk for cognitive impairment and is the single major risk factor for Alzheimer's disease (AD), the most prevalent form of dementia in the elderly. The pathophysiological processes triggered by aging that render the brain vulnerable to dementia involve, at least in part, changes in inflammatory mediators. Here we show that lipoxin A4 (LXA4), a lipid mediator of inflammation resolution known to stimulate endocannabinoid signaling in the brain, is reduced in the aging central nervous system. We demonstrate that genetic suppression of 5-lipoxygenase (5-LOX), the enzyme mediating LXA4 synthesis, promotes learning impairment in mice. Conversely, administration of exogenous LXA4 attenuated cytokine production and memory loss induced by inflammation in mice. We further show that cerebrospinal fluid LXA4 is reduced in patients with dementia and positively associates with memory performance, brain-derived neurotrophic factor (BDNF), and AD-linked amyloid-β. Our findings suggest that reduced LXA4 levels may lead to vulnerability to age-related cognitive disorders and that promoting LXA4 signaling may comprise an effective strategy to prevent early cognitive decline in AD.

Abstract Harmine is a β-carboline found in Banisteriopsis caapi , a constituent of ayahuasca brew. Ayahuasca is consumed as a beverage in native Americans’ sacred rituals and in religious ceremonies in Brazil. Throughout the years, the beneficial effects of ayahuasca to improve mental health and life quality have been reported, which propelled the investigation of its therapeutic potential to target neurological disorders such as depression and anxiety. Indeed, antidepressant effects of ayahuasca have been described, raising the question of which cellular mechanisms might underlie those effects. Previous animal studies describe potential neuroprotective mechanisms of harmine, including anti-inflammatory and antioxidant activities, and neurotrophin signaling activation. However, the cellular and molecular mechanisms modulated by harmine in human models remain less investigated. Here we analyzed the short-term changes in the proteome of human brain organoids treated with harmine using shotgun mass spectrometry. Harmine upregulates proteins related to synaptic vesicle cycle, cytoskeleton-dependent intracellular transport, cell cycle, glucose transporter-4 translocation, and neurotrophin signaling pathway. In addition, protein expression levels of Akt and phosphorylated CREB were increased after 24 hour-treatment. Our results shed light on the potential mechanisms that may underlie harmine-induced neuroprotective effects.

Psychedelic agonists of serotonin receptors induce neural plasticity and synaptogenesis, but their potential to enhance learning remains uncharted. Here we show that a single dose of d-LSD, a potent serotonergic agonist, increased novel object preference in young and adult rats several days after treatment. d-LSD alone did not increase preference in old animals, but could rescue it to young levels when followed by a 6-day exposure to enriched environment (EE). Mass spectrometry-based proteomics in human brain organoids treated with d-LSD showed upregulation of proteins from the presynaptic active zone. A computational model of synaptic connectivity in the hippocampus and prefrontal cortex suggests that d-LSD enhances novelty preference by combining local synaptic changes in mnemonic and executive regions, with alterations of long-range synapses. Better pattern separation within EE explained its synergy with d-LSD in rescuing novelty preference in old animals. These results advance the use of d-LSD in cognitive enhancement.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), which can infect several organs, especially impacting respiratory capacity. Among the extrapulmonary manifestations of COVID-19 is myocardial injury, which is associated with a high risk of mortality. Myocardial injury, caused directly or indirectly by SARS-CoV-2 infection, can be triggered by inflammatory processes that cause damage to the heart tissue. Since one of the hallmarks of severe COVID-19 is the “cytokine storm”, strategies to control inflammation caused by SARS-CoV-2 infection have been considered. Cannabinoids are known to have anti-inflammatory properties by negatively modulating the release of pro-inflammatory cytokines. Herein, we investigated the effects of the cannabinoid agonist WIN 55,212-2 (WIN) in human iPSC-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) infected with SARS-CoV-2. WIN did not modify angiotensin-converting enzyme II protein levels, nor reduced viral infection and replication in hiPSC-CMs. On the other hand, WIN reduced the levels of interleukins 6, 8, 18 and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) released by infected cells, and attenuated cytotoxic damage measured by the release of lactate dehydrogenase (LDH). Our findings suggest that cannabinoids should be further explored as a complementary therapeutic tool for reducing inflammation in COVID-19 patients.

The northeast (NE) region of Brazil commonly goes through drought periods, which favor cyanobacterial blooms, capable of producing neurotoxins with implications for human and animal health. The most severe dry spell in the history of Brazil occurred between 2012 and 2016. Coincidently, the highest incidence of microcephaly associated with the Zika virus (ZIKV) outbreak was described in the NE region of Brazil during the same years. In this work, we tested the hypothesis that saxitoxin (STX), a neurotoxin produced in South America by the freshwater cyanobacteria Raphidiopsis raciborskii, could have contributed to the most severe Congenital Zika Syndrome (CZS) profile described worldwide. Quality surveillance showed higher cyanobacteria amounts and STX occurrence in human drinking water supplies of NE compared to other regions of Brazil. Experimentally, we described that STX doubled the amount of ZIKV-induced neural cell death in progenitor areas of human brain organoids, while the chronic ingestion of water contaminated with STX before and during gestation caused brain abnormalities in offspring of ZIKV-infected immunocompetent C57BL/6J mice. Our data indicate that saxitoxin-producing cyanobacteria is overspread in water reservoirs of the NE and might have acted as a co-insult to ZIKV infection in Brazil. These results raise a public health concern regarding the consequences of arbovirus outbreaks happening in areas with droughts and/or frequent freshwater cyanobacterial blooms.

Abstract In Alzheimer’s Disease (AD) the abnormal intracellular distribution of the amyloid precursor protein (APP) affects its processing and, consequently, the generation of Aβ. Axonal transport plays key roles in the neuronal distribution of APP. The dual-specificity-tyrosine phosphorylation-regulated-kinase-1A (DYRK1A) has been associated with AD onset since its overexpression was found in Down syndrome and sporadic AD patients. Experimental evidence confirmed that APP and tau phosphorylations are mediated by DYRK1A. Moreover, DYRK1A can regulate the cytoskeletal architecture by phosphorylation of both tubulin subunits and microtubule-associated proteins. Therefore, we tested whether DYRK1A has a role in APP axonal transport regulation. We developed highly-polarized human-derived neurons in 2D cultures. At day 14 after terminal plating we inhibited DYRK1A for 48hs with harmine (7.5 μM). DYRK1A overexpression was induced to perform live-cell imaging of APP-loaded vesicles in axons and analyzed transport dynamics. A custom-made MATLAB routine was developed to track and analyze single particle dynamics. Short-term harmine treatment reduced axonal APP vesicles density, due to a reduction in retrograde particles. Contrarily, DYRK1A overexpression enhanced axonal APP density, due to an increase in the retrograde and stationary component. Moreover, both harmine-mediated DYRK1A inhibition and DYRK1A overexpression revealed opposite phenotypes on single particle dynamics, affecting primarily dynein processivity. These results revealed an increased retrieval of distal APP vesicles in axons when DYRK1A is overexpressed and reinforce the suggestion that DYRK1A enhance APP endocytosis‥ Taken together our results suggest that DYRK1A has a relevant role in the regulation of axonal transport and sub-cellular positioning of APP vesicles. Therefore, our work shed light on the role of DYRK1A in axonal transport regulation, and the putative use of harmine to restore axonal transport impairments.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19) was initially described as a viral infection of the respiratory tract. It is now known, however, that several other organs are affected, including the brain. Neurological manifestations such as stroke, encephalitis, and psychiatric conditions have been reported in COVID-19 patients, but the neurotropic potential of the virus is still debated. Herein, we sought to investigate SARS-CoV-2 infection in human neural cells. We demonstrated that SARS-CoV-2 infection of neural tissue is non-permissive, however, it can elicit inflammatory response and cell damage. These findings add to the hypothesis that most of the neural damage caused by SARS-CoV-2 infection is due to a systemic inflammation leading to indirect harmful effects on the central nervous system despite the absence of local viral replication.

ABSTRACT The effects of psychedelics encompass modulation of subjective experience, neuronal plasticity, brain activity and connectivity, constituting a complex phenomenon. Underlying these effects, molecular changes at the protein level are expected. Proteomic analysis of human brain cells can elicit a comprehensive view of proteins and biological processes regulated within the central nervous system. To explore the molecular pathways influenced by lysergic acid diethylamide (LSD), we utilized mass spectrometry-based proteomics on human brain organoids. This approach allowed for an in-depth analysis of the proteomic alterations induced by LSD, providing insights into its effects at the molecular level within a brain-like environment. Alterations in proteostasis and energy metabolism, which are required for neural plasticity, were observed. Alongside, we identified changes in protein synthesis, folding, autophagy, and proteasomal degradation, as well as in glycolysis, oxidative phosphorylation, cytoskeleton regulation, and neurotransmitter release, providing a comprehensive view of the regulation of cellular process by LSD exposure. Furthermore, the ability of LSD to induce plasticity in human brain cells was corroborated through complementary in vitro experiments focusing on neurite outgrowth. This study sheds light on the specific proteins that LSD influences, thereby enhancing neurite extension and plasticity.