SUMMARY Both transcription and 3D organization of the mammalian genome play critical roles in neurodevelopment and its disorders. However, 3D genome structures of single brain cells have not been solved; little is known about the dynamics of single-cell transcriptome and 3D genome after birth. Here we generate a transcriptome atlas of 3,517 cells and a 3D genome atlas of 3,646 cells from the developing mouse cortex and hippocampus, using our high-resolution MALBAC-DT and Dip-C methods. In adults, 3D genome “structure types” delineate all major cell types, with high correlation between A/B compartments and gene expression. During development, both transcriptome and 3D genome are extensively transformed in the first postnatal month. In neurons, 3D genome is rewired across multiple scales, correlated with gene expression modules and independent of sensory experience. Finally, we examine allele-specific structure of imprinted genes, revealing local and chromosome-wide differences. These findings uncover a previously unknown dimension of neurodevelopment. HIGHLIGHTS Transcriptomes and 3D genome structures of single brain cells (both neurons and glia) in the developing mouse forebrain Cell type identity encoded in the 3D wiring of the mammalian genome (“structure types”) Major transformation of both transcriptome and 3D genome during the first month of life, independent of sensory experience Allele-specific 3D structure at 7 imprinted gene loci, including one that spans a whole chromosome

Summary Understanding the mechanism of neutralizing antibodies (NAbs) against SARS-CoV-2 is critical for effective vaccines and therapeutics development. We recently reported an exceptionally potent NAb, BD-368-2, and revealed the existence of VH3-53/VH3-66 convergent NAbs in COVID-19. Here we report the 3.5-Å cryo-EM structure of BD-368-2’s Fabs in complex with a mutation-induced prefusion-state-stabilized spike trimer. Unlike VH3-53/VH3-66 NAbs, BD-368-2 fully blocks ACE2 binding by occupying all three receptor-binding domains (RBDs) simultaneously, regardless of their “up” and “down” positions. BD-368-2 also triggers fusogenic-like structural rearrangements of the spike trimer, which could impede viral entry. Moreover, BD-368-2 completely avoids the common epitope of VH3-53/VH3-66 NAbs, evidenced by multiple crystal structures of their Fabs in tripartite complexes with RBD, suggesting a new way of pairing potent NAbs to prevent neutralization escape. Together, these results rationalize a unique epitope that leads to exceptional neutralization potency, and provide guidance for NAb therapeutics and vaccine designs against SARS-CoV-2.

Abstract Single-cell proteomics has attracted a lot of attention in recent years because it offers more functional relevance than single-cell transcriptomics. However, most work to date focused on cell typing, which has been widely accomplished by single-cell transcriptomics. Here we report the use of single-cell proteomics to measure the correlations between the translational levels of any pair of proteins in a single mammalian cell. In measuring pairwise correlations among ∼1,000 proteins in a population of homogeneous K562 cells in a steady-state condition, we observed multiple correlated protein modules (CPMs), each containing a group of highly positively correlated proteins that are functionally interacting and collectively involved in certain biological functions, such as protein synthesis and oxidative phosphorylation. Some CPMs are shared across different cell types while others are cell-type specific. Widely studied in omics analyses, pairwise correlations are often measured by introducing perturbations to bulk samples. However, some correlations of gene or protein expression in steady-state condition would be masked by perturbation. The single-cell correlations probed in our experiment reflect intrinsic steady-state fluctuations in the absence of perturbation. We note that observed correlations between proteins are experimentally more distinct and functionally more relevant than those between corresponding mRNAs measured in single-cell transcriptomics. By virtue of single-cell proteomics, functional coordination of proteins is manifested through CPMs. Table of Contents Image

Anxiety disorders are prevalent among youth and adults. Increasing studies examined the dynamic associations between momentary fluctuations of anxiety and well-being, primarily focusing on the severity of general anxiety. Scant research has explored the co-fluctuations between different anxiety symptoms and mental health outcomes.

Abstract This study examined Latinx adolescents' daily family assistance (assistance day, assistance time, language brokering) in relation to their daily affect and investigated whether the associations changed following the outbreak of the COVID‐19 pandemic. Two waves of 14‐day daily diary data collected from 13 18‐year‐old Latinx adolescents ( n days = 284; 77% Mexican American, 77% female) before and amid the pandemic were analyzed using multilevel modeling. Three main findings emerged: (1) assisting the family on a given day was associated with higher levels of same‐day positive affect both before and during COVID‐19, and with lower levels of negative affect during COVID‐19; (2) longer than usual family assistance time was associated with higher levels of same‐day positive affect and lower levels of negative affect only during COVID‐19; (3) language brokering on a given day was associated with higher levels of same‐day positive affect both before and during COVID‐19. These findings suggest a positive link between daily family assistance and Latinx youth's daily emotional well‐being, particularly during the COVID‐19 pandemic.

Today, blockchain ledgers utilize concurrent deterministic execution schemes to scale up. However, ordering fairness is not preserved in these schemes: although they ensure all replicas achieve the same serial order, this order does not always align with the fair, consensus-established order when executing smart contracts with runtime-determined accesses. To preserve ordering fairness, an intuitive method is to concurrently execute transactions and re-execute any order-violating ones. This in turn increases unforeseen conflicts, leading to scaling bottlenecks caused by numerous costly aborts under contention. To address these issues, we propose Spectrum, a novel deterministic execution scheme for smart contract execution on blockchain ledgers. Spectrum preserves the consensus-established serial order (so-called strict determinism) with high performance. Specifically, we leverage a speculative deterministic concurrency control to execute transactions in speculation and enforce an agreed-upon serial order by aborting and re-executing any mis-speculated ones. To overcome the scaling bottleneck, we present two key optimizations based on speculative processing: operation-level rollback and predictive scheduling, for reducing both the overhead and the number of mis-speculations. We evaluate Spectrum by executing EVM-based smart contracts on popular benchmarks, showing that it realizes fair smart contract execution by preserving ordering fairness and outperforms competitive schemes in contended workloads by 1.4x to 4.1x.

Abstract Atmospheric nitrogen (N) deposition has been substantially reduced due to declines in the reactive N emission in major regions of the world. Nevertheless, the impact of reduced N deposition on soil microbial communities and the mechanisms by which they are regulated remain largely unknown. Here, we examined the effects of N addition and cessation of N addition on plant and soil microbial communities through a 17‐year field experiment in a temperate grassland. We found that extreme N input did not irreversibly disrupt the ecosystem, but ceasing high levels of N addition led to greater resilience in bacterial and fungal communities. Fungi exhibited diminished resilience compared to bacteria due to their heightened reliance on changes in plant communities. Neither bacterial nor fungal diversity fully recovered to their original states. Their sensitivity and resilience were mainly steered by toxic metal ions and soil pH differentially regulating on functional taxa. Specifically, beneficial symbiotic microbes such as N‐fixing bacteria and arbuscular mycorrhizal fungi experienced detrimental effects from toxic metal ions and lower pH, hindering their recovery. The bacterial functional groups involved in carbon decomposition, and ericoid mycorrhizal and saprotrophic fungi were positively influenced by soil metals, and demonstrated gradual recovery. These findings could advance our mechanistic understanding of microbial community dynamics under ongoing global changes, thereby informing management strategies to mitigate the adverse effects of N enrichment on soil function.

Nitrogen (N) transformation in soil is an important process involved in regulation of functioning of grassland ecosystems by affecting soil N availability and nitrous oxide (N2O) emission from soil. As a common grassland management practice worldwide, mowing has impacts on nutrient status in soil and nutrient cycling in grassland ecosystems. Root exudates including the organic carbon (C) and N substances are stimulated by mowing and involved in regulation of microbial community in the rhizosphere. Despite reports of mowing effects on soil nitrogen transformation and root exudation in the literature, few studies have specifically evaluated whether and how the mowing-induced root exudates are involved in mowing-induced soil N transformation in grassland ecosystems. Here, we investigated the effects of mowing on root exudation and the role of root exudates in soil N transformation by both field experiments in a temperate steppe and greenhouse experiments. We found that mowing enhanced soil net N mineralization rate (NNMR) by 3.2-fold and N2O flux by 75.0% in field experiment. We further demonstrated that mowing stimulated exudation of organic acids, amino acids, sugars, and phenolics in both field and greenhouse experiments. To explore the function of the root exudates, microcosm experiments were conducted to evaluate the roles of exuded amino acids, organic acids, sugars, and phenolics in regulating NNMR, N2O flux, enzyme activity, and functional genes related to soil N transformation by adding these chemicals to soil. We discovered that the addition of glycine enhanced NNMR mainly by enhancing the abundance of ureC, gdh, and amoA related to soil N mineralization. The addition of oxalic acid and glucose increased N2O flux mainly by increasing the abundance of nirS related to denitrification. Our findings reveal that root exuded organic acids, amino acids and sugars play an important role in the mowing-induced increases in soil N transformation. These novel findings would contribute to development of mowing-based grassland management.

Abstract Existing single cell bisulfite-based DNA methylation analysis is limited by low DNA recovery, and the measurement of 5hmC at single-base resolution remains challenging. Here we present a bisulfite-free single-cell whole-genome 5mC and 5hmC profiling technique, named Cabernet, which can characterize 5mC and 5hmC at single-base resolution with high genomic coverage. Cabernet utilizes Tn5 transposome for DNA fragmentation, which enables the discrimination between different alleles for measuring hemi-methylation status. Using Cabernet, we revealed the 5mC, hemi-5mC and 5hmC dynamics during early mouse embryo development, uncovering genomic regions exclusively governed by active or passive demethylation. We show that hemi-methylation status can be used to distinguish between pre– and post-replication cells, enabling more efficient cell grouping when integrated with 5mC profile. The property of Tn5 naturally enables Cabernet to achieve high-throughput single-cell methylome profiling, where we probed mouse cortical neurons and embryonic day 7.5 (E7.5) embryos, and constructed the library for thousands of single cells at high efficiency, demonstrating its potential for analyzing complex tissues at substantially low cost. Together, we present a new way of high-throughput methylome and hydroxymethylome detection at single-cell resolution, enabling efficient analysis of epigenetic status of biological systems with complicated nature such as neurons and cancer cells. Significance Statement Most of current methylation profiling techniques rely on bisulfite treatment, which suffers low DNA recovery. The technique proposed in this study, named Cabernet, can be used to measure 5mC and 5hmC at single-base resolution with high genomic coverage. By using Tn5 transposome, hemi-methylation status can be measured and high-throughput methylome profiling can be achieved. Together, it provides an efficient way to analyze the epigenetic landscape of complicated biological systems.

The institutionalization of care for patients with dementia is becoming a trend. Understanding the burden on employed caregivers and exploring associated factors are of great importance in practice. Therefore, this study aimed to examine the relationship between basic attributes, caring ability, and caregiver burden in employed caregivers practicing in nursing homes. This cross-sectional study included 541 employed caregivers in 11 four-star nursing homes in Zhejiang Province from April to December 2022. Caregiver burden was assessed using the Zarit Burden Interview (ZBI). Demographic characteristics of participants, characteristics of the older patients with dementia, caring characteristics, training in dementia care, and caring abilities were collected for analysis of influencing factors. A hierarchical multiple regression analysis was conducted to explore the factors influencing the burden on employed caregivers in nursing homes. The ZBI score of employed caregivers in nursing homes was 40.42± 10.18, representing a moderate caregiver burden. Factors such as age (U=27.82, P<0.001), residence (U=7.89, P<0.001), educational level (H=55.81, P<0.001), self-care of older patients with dementia (H=85.21, P<0.001), daily care hours (H=73.25, P<0.001), number of older people with dementia cared for (H=14.56, P=0.012) and training in dementia care (U=-9.43, P<0.001) were significantly associated with caregiver burden. Caring ability was negatively associated with caregiver burden (r=-0.22, P<0.01). Furthermore, after controlling for demographic characteristics, the characteristics of older people with dementia, caring characteristics, training in dementia care, and caring ability explained 8.5%, 5.8%, and 4.8% of the caregiver burden, respectively. The burden of employed caregivers on patients with dementia in nursing homes can be attributed to various factors. We recommend tailored interventions, such as dementia care training and reviewing the number and duration of hours worked to reduce the burden experienced by caregivers.