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 Brain and spinal cord oligodendroglia have distinct functional characteristics, and cell autonomous loss of individual genes can result in different regional phenotypes. However, sequencing studies to date have not revealed distinctions between brain and spinal cord oligodendroglia. Using single-cell analysis of oligodendroglia during myelination, we demonstrate that brain and spinal cord precursors are transcriptionally distinct, defined predominantly by cholesterol biosynthesis. We further identify mechanistic target of rapamycin (mTOR) as a major regulator promoting cholesterol biosynthesis in oligodendroglia. Oligodendroglial-specific loss of mTOR compromises cholesterol biosynthesis in both the brain and spinal cord. Importantly, mTOR loss has a greater impact on cholesterol biosynthesis in spinal cord oligodendroglia that corresponds with more pronounced developmental deficits. However, loss of mTOR in brain oligodendroglia ultimately results in oligodendrocyte death, spontaneous demyelination, and impaired axonal function, demonstrating that mTOR is required for myelin maintenance in the adult brain.

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.

ABSTRACT NG2 chondroitin sulfate proteoglycan positive oligodendrocyte progenitor cells (OPCs) reside throughout the brain. They divide asymmetrically and differentiate into myelinating oligodendrocytes throughout adulthood. OPCs have been successfully isolated from rodents using several techniques including magnetic beads, immunopanning and exploiting differential centripetal adhesion. Whereas rat OPCs are relatively simple to propagate in vitro , it has been difficult to expand mouse OPCs. Therefore, we evaluated the effects of oxygen levels, growth factors and extracellular matrix components to produce a simple and reproducible method to prepare large numbers of nearly homogenous cultures of primary mouse OPCs from postnatal day 0-2 mouse telencephala. Using the McCarthy and de Vellis mechanical separation method OPCs were separated from mixed culture of glial cells. When the OPCs were plated onto fibronectin coated tissue culture plates in a biochemically defined medium that contained fibroblast growth factor-2 (FGF-2) and platelet derived growth factor AA (PDGFAA), and they were maintained in a standard tissue culture incubator, they proliferated very slowly. By contrast, mouse OPCs doubled approximately every 7 days when maintained in a 2% oxygen, nitrogen buffered environment. After 3 passages, greater than 99% of these OPCs were NG2+/PDGFRα+. In medium containing only FGF-2, mouse OPCs progressed to late stage OPCs whereupon A2B5 expression decreased and O4 expression increased. When these cells were differentiated between passages 1 and 3, the majority of the OPCs differentiated into MBP+ mature oligodendrocytes However, cells that were repeatedly passaged beyond 4 passages progressed to a late O4+ OPC (even with mitogens present) and when differentiated by mitogen removal a minority of the OPCs differentiated into MBP+ cells. These studies reveal significant differences between mouse and rat OPCs and an inhibitory role for oxygen in mouse OPC proliferation.

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.

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 Psychedelic compounds have gained renewed interest for their potential therapeutic applications, but their metabolism and effects on complex biological systems remain poorly understood. Here, we present a systematic characterization of LSD metabolites in the model organism Caenorhabditis elegans using state-of-the-art analytical techniques. By employing ultra-high performance liquid chromatography coupled with high-resolution tandem mass spectrometry (UHPLC-HRMS/MS), we identified and quantified a range of LSD metabolites, shedding light on their metabolic pathways and offering insights into their pharmacokinetics. Our study demonstrates the suitability of C. elegans as a valuable model system for investigating the metabolism of psychedelic compounds and provides a foundation for further research on the therapeutic potential of LSD. These findings contribute to the growing body of knowledge in the field and highlight the importance of advanced analytical methodologies in elucidating the effects of psychedelic substances on biological systems.

Astrogliosis comprises a variety of changes in astrocytes that occur in a context-specific manner, triggered by temporally diverse signaling events that vary with the nature and severity of brain insults. However, most mechanisms underlying astrogliosis were described using animal models, which fail to reproduce some aspects of human astroglial signaling. Here, we report an in vitro model to study astrogliosis using human induced pluripotent stem cells (iPSC)-derived astrocytes which replicates aspects temporally intertwined of reactive astrocytes in vivo. We analyzed the time course of astrogliosis by measuring nuclear translocation of NF-kB, secretion of cytokines and changes in morphological phenotypes of human iPSC-derived astrocytes exposed to TNF-α. It was observed the NF-kB nuclear translocation, increases either in the inflammation-related cytokines secretion and gene expression for IL-1β, IL-6 and TNF-α following 24 h TNF-α stimulation. After 5 days, human iPSC-derived astrocytes exposed to TNF-α exhibited increases in vimentin and GFAP immunolabeling, elongated shape and shrinkage of nuclei, which is typical phenotypes of astrogliosis. Moreover, about a 50% decrease in D-[3H] aspartate uptake was observed over the astrogliosis course with no evident cell damage, which suggests astrocytic dysfunction. Taken together, our results indicate that cultured human iPSC-derived astrocytes reproduce canonical events associated to astrogliosis in a time dependent fashion. Our findings may contribute to a better understanding of mechanisms governing human astrogliosis. Furthermore, the approach described here presents a potential applicability as a platform to uncover novel biomarkers and new drug targets to refrain astrogliosis associated to human brain disorders.