Although increasing evidence confirms neuropsychiatric manifestations associated mainly with severe COVID-19 infection, long-term neuropsychiatric dysfunction (recently characterized as part of "long COVID-19" syndrome) has been frequently observed after mild infection. We show the spectrum of cerebral impact of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection, ranging from long-term alterations in mildly infected individuals (orbitofrontal cortical atrophy, neurocognitive impairment, excessive fatigue and anxiety symptoms) to severe acute damage confirmed in brain tissue samples extracted from the orbitofrontal region (via endonasal transethmoidal access) from individuals who died of COVID-19. In an independent cohort of 26 individuals who died of COVID-19, we used histopathological signs of brain damage as a guide for possible SARS-CoV-2 brain infection and found that among the 5 individuals who exhibited those signs, all of them had genetic material of the virus in the brain. Brain tissue samples from these five patients also exhibited foci of SARS-CoV-2 infection and replication, particularly in astrocytes. Supporting the hypothesis of astrocyte infection, neural stem cell-derived human astrocytes in vitro are susceptible to SARS-CoV-2 infection through a noncanonical mechanism that involves spike-NRP1 interaction. SARS-CoV-2-infected astrocytes manifested changes in energy metabolism and in key proteins and metabolites used to fuel neurons, as well as in the biogenesis of neurotransmitters. Moreover, human astrocyte infection elicits a secretory phenotype that reduces neuronal viability. Our data support the model in which SARS-CoV-2 reaches the brain, infects astrocytes, and consequently, leads to neuronal death or dysfunction. These deregulated processes could contribute to the structural and functional alterations seen in the brains of COVID-19 patients.

Abstract Visceral adiposity is a risk factor for severe COVID-19, and a link between adipose tissue infection and disease progression has been proposed. Here we demonstrate that SARS-CoV-2 infects human adipose tissue and undergoes productive infection in fat cells. However, susceptibility to infection and the cellular response depends on the anatomical origin of the cells and the viral lineage. Visceral fat cells express more ACE2 and are more susceptible to SARS-CoV-2 infection than their subcutaneous counterparts. SARS-CoV-2 infection leads to inhibition of lipolysis in subcutaneous fat cells, while in visceral fat cells, it results in higher expression of pro-inflammatory cytokines. Viral load and cellular response are attenuated when visceral fat cells are infected with the SARS-CoV-2 gamma variant. A similar degree of cell death occurs 4-days after SARS-CoV-2 infection, regardless of the cell origin or viral lineage. Hence, SARS-CoV-2 infects human fat cells, replicating and altering cell function and viability in a depot- and viral lineage-dependent fashion.

Abstract The COVID-19 disease caued by the Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has two characteristics that distinguish it from other viral infections. It affects more severely people with pre-existing comorbidities and viral load peaks prior to the onset of the symptoms. Investigating factors that could contribute to these characteristics, we found increased mTOR signaling and suppressed genes related to autophagy, lysosome, and vesicle fusion in Vero E6 cells infected with SARS-CoV-2. Transcriptomic data mining of bronchoalveolar epithelial cells from severe COVID-19 patients revealed that COVID-19 severity is associated with increased expression of genes related to mTOR signaling and decreased expression of genes related to autophagy, lysosome function, and vesicle fusion. SARS-CoV-2 infection in Vero E6 cells also resulted in virus retention inside the cells and trafficking of virus-bearing vesicles between neighboring cells. Our findings support a scenario where SARS-CoV-2 benefits from compromised autophagic flux and inhibited exocytosis in individuals with chronic hyperactivation of mTOR signaling, which might relate to undetectable proliferation and evasion of the immune system.

ABSTRACT Canonical small interfering RNAs (siRNAs) are processed from double-stranded RNA (dsRNA) by the endoribonuclease Dicer. siRNAs are found in plants, animals, and some fungi where they associate with Argonautes to direct RNA silencing. In Caenorhabditis elegans , some endogenous small RNAs, such as 22G-RNAs and 26G-RNAs, share certain attributes with canonical siRNAs but exhibit unique characteristics known only to occur in nematodes. For instance, 22G-RNAs do not originate from dsRNA and are not processed by Dicer, whereas 26G-RNAs require Dicer but lack the typical duplex intermediate with symmetrical 3’-overhangs and are produced only antisense to their mRNA templates. To identify canonical siRNAs in C. elegans , we first characterized the siRNAs produced from exogenous dsRNA. As predicted based on earlier studies, exogenous dsRNA is processed into ∼23-nt duplexes with 2-4-nt 3’-overhangs, ultimately yielding siRNAs devoid of 5’ G-containing sequences that bind with high affinity to the Argonaute RDE-1. Leveraging these characteristics, we searched for their endogenous counterparts and identified thousands of endogenous loci representing dozens of unique elements that give rise to mostly low to moderate levels of siRNAs, called 23H-RNAs. These loci include repetitive elements, alleged coding genes, pseudogenes, non-coding RNAs, and unannotated features, many of which adopt hairpin structures reminiscent of the hpRNA/RNA interference (RNAi) pathway in flies and mice. Our results expand the known repertoire of C. elegans small RNAs and demonstrate that key features of the endogenous siRNA pathway are relatively unchanged in animals.

ABSTRACT Intertissue RNA transport has emerged as a novel signaling mechanism. In C. elegans , this is conferred by the systemic RNAi pathway, in which the limiting step is the cellular import of extracellular RNAs via SID-1. To better understand the physiological role of systemic RNAi in vivo , we modified the function of SID-1 through loss-of-function mutation and tissue-specific overexpression of sid-1 in C. elegans . We observed that sid-1 loss-of-function mutants are as healthy as wild-type worms. Conversely, overexpression of sid-1 in intestine, muscle, or neurons rendered worms short-lived. The effects of intestinal sid-1 overexpression were reversed by silencing the components of the systemic RNAi pathway sid-1, sid-2 and sid-5 , thus implicating RNA transport. Moreover, silencing the miRNA biogenesis proteins pash-1 and dcr-1 rendered the lifespan of worms with intestinal sid-1 overexpression similar to controls. Lastly, we observed that the lifespan decrease produced by tissue-specific sid-1 overexpression was dependent on the bacterial food source. Collectively, our data support the notion that systemic RNA signaling is tightly regulated, and unbalancing that process provokes a reduction in lifespan.

Canonical small interfering RNAs (siRNAs) are processed from double-stranded RNA (dsRNA) by Dicer and associate with Argonautes to direct RNA silencing. In Caenorhabditis elegans , 22G-RNAs and 26G-RNAs are often referred to as siRNAs but display distinct characteristics. For example, 22G-RNAs do not originate from dsRNA and do not depend on Dicer, whereas 26G-RNAs require Dicer but derive from an atypical RNA duplex and are produced exclusively antisense to their messenger RNA (mRNA) templates. To identify canonical siRNAs in C. elegans , we first characterized the siRNAs produced via the exogenous RNA interference (RNAi) pathway. During RNAi, dsRNA is processed into ∼23 nt duplexes with ∼2 nt, 3′-overhangs, ultimately yielding siRNAs devoid of 5′G-containing sequences that bind with high affinity to the Argonaute RDE-1, but also to the microRNA (miRNA) pathway Argonaute, ALG-1. Using these characteristics, we searched for their endogenous counterparts and identified thousands of endogenous loci representing dozens of unique elements that give rise to mostly low to moderate levels of siRNAs, called 23H-RNAs. These loci include repetitive elements, putative coding genes, pseudogenes, noncoding RNAs, and unannotated features, many of which adopt hairpin (hp) structures reminiscent of the hpRNA/RNAi pathway in flies and mice. RDE-1 competes with other Argonautes for binding to 23H-RNAs. When RDE-1 is depleted, these siRNAs are enriched in ALG-1 and ALG-2 complexes. Our results expand the known repertoire of C. elegans small RNAs and their Argonaute interactors, and demonstrate that key features of the endogenous siRNA pathway are relatively unchanged in animals.