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.

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 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.

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.

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.