SUMMARY The COVID-19 pandemic, caused by SARS-CoV-2 coronavirus, is a global health issue with unprecedented challenges for public health. SARS-CoV-2 primarily infects cells of the respiratory tract, via Spike glycoprotein binding angiotensin-converting enzyme (ACE2). Circadian rhythms coordinate an organism’s response to its environment and can regulate host susceptibility to virus infection. We demonstrate a circadian regulation of ACE2 in lung epithelial cells and show that silencing BMAL1 or treatment with a synthetic REV-ERB agonist SR9009 reduces ACE2 expression and inhibits SARS-CoV-2 entry. Treating infected cells with SR9009 limits viral replication and secretion of infectious particles, showing that post-entry steps in the viral life cycle are influenced by the circadian system. Transcriptome analysis revealed that Bmal1 silencing induced a wide spectrum of interferon stimulated genes in Calu-3 lung epithelial cells, providing a mechanism for the circadian pathway to dampen SARS-CoV-2 infection. Our study suggests new approaches to understand and improve therapeutic targeting of SARS-CoV-2.

SUMMARY The sleep and circadian systems act in concert to regulate sleep-wake timing, yet the molecular mechanisms that underpin their interaction to induce sleep remain unknown. Synaptic protein phosphorylation, driven by the kinase SIK3, correlates with sleep pressure, however it is unclear whether these phosphoproteome changes are causally responsible for inducing sleep. Here we show that the light-dependent activity of SIK1 controls the phosphorylation of a subset of the brain phosphoproteome to induce sleep in a manner that is independent of sleep pressure. By uncoupling phosphorylation and sleep induction from sleep pressure, we establish that synaptic protein phosphorylation provides a causal mechanism for the induction of sleep under different environmental contexts. Furthermore, we propose a framework that details how the salt-inducible kinases regulate the synaptic phosphoproteome to integrate exogenous and endogenous stimuli, thereby providing the molecular basis upon which the sleep and circadian systems interact to control the sleep-wake cycle.

Sleep deprivation (SD) negatively impacts nearly all brain functions including cognition, memory consolidation and metabolism. However, the gene regulatory networks that underlie these biological effects are not well understood. In order to identify these networks, we conducted a multiomic analysis to analyse how gene expression, chromatin accessibility, enhancer activity and DNA methylation change with acute SD in mice. By studying three brain regions involved in different aspects of sleep - the cortex (CTX), dentate gyrus (DG), and suprachiasmatic nucleus (SCN) - we found that the effects of SD on the multiome varied widely, impacting physiological processes specific to each area, from spine formation in the dentate gyrus to neuropeptide release in the SCN. Our integrated analysis showed that distinct brain region-specific networks of regulatory factors dynamically alter the epigenomic landscape in response to SD to orchestrate transcriptional responses. These findings provide new understanding of the regulatory grammar encoded within the genome, which enables a general physiological signal like SD to produce unique effects in a tissue-specific context.