Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is the cause of the ongoing coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic. Understanding the influence of mutations in the SARS-CoV-2 gene on clinical outcomes and related factors is critical for treatment and prevention. Here, we analyzed 209,551 high-coverage complete virus sequences and 321 RNA-seq samples to mine the mutations associated with clinical outcome in the SARS-CoV-2 genome. Several important hotspot variants were found to be associated with severe clinical outcomes. Q57H variant in ORF3a protein were found to be associated with higher mortality rate, and was high proportion in severe cases (39.36%) and 501Y.V2 strains (100%) but poorly proportional to asymptomatic cases (10.04%). T265I could change nsp2 structure and mitochondrial permeability, and evidently higher in severe cases (20.12%) and 501Y.V2 strains (100%) but lower in asymptomatic cases (1.43%). Additionally, R203K and G204R could decrease the flexibility and immunogenic property of N protein with high frequency among severe cases, VUI 202012/01 and 484K.V2 strains. Interestingly, the SARS-CoV-2 genome was more susceptible to mutation because of the high frequency of nt14408 mutation (which located in RNA polymerase) and the high expression levels of ADAR and APOBEC in severe clinical outcomes. In conclusion, several important mutation hotspots in the SARS-CoV-2 genome associated with clinical outcomes was found in our study, and that might correlate with different SARS-CoV-2 mortality rates.

We developed ASTAR-Seq (Assay for Single-cell Transcriptome and Accessibility Regions) integrated with automated microfluidic chips, which allows for parallel sequencing of transcriptome and chromatin accessibility within the same single-cell. Using ASTAR-Seq, we profiled 192 mESCs cultured in serum+LIF and 2i medium, 424 human cell lines including BJ, K562, JK1, and Jurkat, and 480 primary cells undergoing erythroblast differentiation. Integrative analysis using Coupled NMF identified the distinct sub-populations and uncovered sets of regulatory regions and the respective target genes determining their distinctions. Analysis of epigenetic regulomes further unravelled the key transcription factors responsible for the heterogeneity observed.

Abstract Microglia surveillance manifests itself as dynamic changes in cell morphology and functional remodeling. Whether and how microglia surveillance is coupled to brain state switches during natural sleep-wake cycles remain unclear. To address this question, we used miniature two-photon microscopy (mTPM) to acquire time-lapse high-resolution microglia images of the somatosensory cortex, along with EEG/EMG recordings and behavioral video, in freely-behaving mice. We uncovered fast and robust brain state-dependent changes in microglia surveillance, occurring in parallel with sleep dynamics and early-onset phagocytic microglial contraction during sleep deprivation stress. We also detected local norepinephrine fluctuation occurring in a sleep state-dependent manner. We showed that the locus coeruleus-norepinephrine system, which is crucial to sleep homeostasis, is required for both sleep state-dependent and stress-induced microglial responses and β 2 -adrenergic receptor signaling plays a significant role in this process. These results provide direct evidence that microglial surveillance is exquisitely tuned to signals and stressors that regulate sleep dynamics and homeostasis so as to adjust its varied roles to complement those of neurons in the brain. In vivo imaging with mTPM in freely behaving animals, as demonstrated here, opens a new avenue for future investigation of microglia dynamics and sleep biology in freely behaving animals.

To unravel the mechanism of human cellular reprogramming process at single-cell resolution, we performed parallel scRNA-Seq and scATAC-Seq analysis. Our analysis reveals that the cells undergoing reprogramming proceed in an asynchronous trajectory and diversify into heterogeneous sub-populations. BDD2-C8 fluorescent probe staining and negative staining for CD13, CD44 and CD201 markers, could enrich for the GDF3+ early reprogrammed cells. Combinatory usage of the surface markers enables the fine segregation of the early-intermediate cells with diverse reprogramming propensities. scATAC-Seq analysis further uncovered the genomic partitions and transcription factors responsible for the regulatory phasing of reprogramming process. Binary choice between a FOSL1 or a TEAD4-centric regulatory network determines the outcome of a successful reprogramming. Altogether, our study illuminates the multitude of diverse routes transversed by individual reprogramming cells and presents an integrative roadmap for identifying the mechanistic part-list of the reprogramming machinery.

Using the programmable RNA-sequence binding domain of the Pumilio protein, we FLAG-tagged Xist (inactivated X chromosome specific transcript) in live cells. Affinity pulldown coupled to mass spectrometry was employed to identify a list of 138 candidate Xist-binding proteins, from which, the lupus autoantigen La (encoding gene Ssb) was validated as a protein functionally critical for X chromosome inactivation (XCI). Extensive XCI defects were detected in Ssb knockdown cells, including chromatin compaction, death of female ES cells during in vitro differentiation and chromosome-wide monoallelic gene expression pattern. Live-cell imaging of Xist RNA reveals the defining XCI defect: Xist cloud formation. La is a ubiquitous and versatile RNA-binding protein with RNA chaperone activity. Functional dissection of La shows that the RNA chaperon domain plays critical roles in XCI. In mutant cells, Xist transcripts are misfolded and unstable. These results show that La is involved in XCI as an RNA chaperone for Xist.