A dysfunctional immune response in coronavirus disease 2019 (COVID-19) patients is a recurrent theme impacting symptoms and mortality, yet a detailed understanding of pertinent immune cells is not complete. We applied single-cell RNA sequencing to 284 samples from 196 COVID-19 patients and controls and created a comprehensive immune landscape with 1.46 million cells. The large dataset enabled us to identify that different peripheral immune subtype changes are associated with distinct clinical features, including age, sex, severity, and disease stages of COVID-19. Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) RNA was found in diverse epithelial and immune cell types, accompanied by dramatic transcriptomic changes within virus-positive cells. Systemic upregulation of S100A8/A9, mainly by megakaryocytes and monocytes in the peripheral blood, may contribute to the cytokine storms frequently observed in severe patients. Our data provide a rich resource for understanding the pathogenesis of and developing effective therapeutic strategies for COVID-19.

SUMMARY Dysfunctional immune response in the COVID-19 patients is a recurrent theme impacting symptoms and mortality, yet the detailed understanding of pertinent immune cells is not complete. We applied single-cell RNA sequencing to 284 samples from 205 COVID-19 patients and controls to create a comprehensive immune landscape. Lymphopenia and active T and B cell responses were found to coexist and associated with age, sex and their interactions with COVID-19. Diverse epithelial and immune cell types were observed to be virus-positive and showed dramatic transcriptomic changes. Elevation of ANXA1 and S100A9 in virus-positive squamous epithelial cells may enable the initiation of neutrophil and macrophage responses via the ANXA1-FPR1 and S100A8/9-TLR4 axes. Systemic upregulation of S100A8/A9, mainly by megakaryocytes and monocytes in the peripheral blood, may contribute to the cytokine storms frequently observed in severe patients. Our data provide a rich resource for understanding the pathogenesis and designing effective therapeutic strategies for COVID-19. HIGHLIGHTS Large-scale scRNA-seq analysis depicts the immune landscape of COVID-19 Lymphopenia and active T and B cell responses coexist and are shaped by age and sex SARS-CoV-2 infects diverse epithelial and immune cells, inducing distinct responses Cytokine storms with systemic S100A8/A9 are associated with COVID-19 severity

Lissencephaly is a rare brain malformation for which our understanding remains limited due to the absence of suitable animal models that accurately represent human phenotypes. Here, we establish doublecortin (DCX) knockout ferrets as a model that faithfully replicates key features of the disorder. We reveal the critical roles of DCX in neural progenitor cell proliferation and radial glial fiber extension, processes essential for normal cortical development. Utilizing single-nucleus RNA sequencing (snRNA-seq) and spatial transcriptomics, we provide a detailed atlas of the lissencephalic cortex, illustrating disrupted neuronal lamination and the specific interactions between inhibitory and excitatory neurons. These findings enhance our understanding of the cellular and molecular mechanisms underlying lissencephaly and highlight the potential of DCX knockout ferrets as a valuable tool for neurodevelopmental research, offering insights into both the pathology of lissencephaly and the general principles of brain development.

SUMMARY Doublecortin (DCX) is one of the major causal proteins leading to lissencephaly and subcortical band heterotopia in human patients. However, our understanding of this disease, as well as the function of DCX during neurogenesis, remains limited due to the absence of suitable animal models that accurately represent human phenotypes. Here, we conducted a comprehensive examination of the neocortex at different stages in DCX knockout ferrets. We corroborated the neurogenic functions of DCX in progenitors. Loss of function of DCX led to the over-proliferation of neural progenitors and the truncation of basal processes of radial glial cells, which contributed to the thickening of cortices and the stalling of neurons underneath the cortical plate during neurogenic stages, respectively. We also present the first-ever cell atlas of the lissencephaly disease model, which embraces an almost reversed neuronal lamination distribution in the neocortex compared to the normal controls. Furthermore, we discovered alterations in molecular signatures tied to epilepsy, a condition frequently observed in lissencephaly patients. We also provided compelling evidence that the distribution of GABAergic inhibitory neurons in the cortex is intricately linked to glutamatergic excitatory neurons in a subtype-specific manner. In conclusion, our research offers new insights to expand our understanding of DCX’s functions and enrich our comprehension of lissencephaly’s intricacies. Highlights DCX ferrets phenocopy human lissencephaly and subcortical band heterotopia syndrome DCX is required for NPC proliferation and radial glial basal fiber extension The atlas of lissencephalic cortex is illustrated using snRNA-seq and spatial transcriptome Inhibitory neurons couple to excitatory neurons in a cell-type specific manner

Abstract The human retina is a complex neural tissue that detects light and sends visual information to the brain. However, the molecular and cellular processes that underlie aging primate retina remain unclear. Here, we provide a comprehensive transcriptomic atlas based on 119,520 single cells of the foveal and peripheral retina of humans and macaques covering different ages. The molecular features of retinal cells differed between the two species, suggesting the distinct regional and species specializations of the human and macaque retinae. In addition, human retinal aging occurred in a region- and cell-type- specific manner. Aging of human retina exhibited a foveal to peripheral gradient. MYO9A − rods and a horizontal cell subtype were greatly reduced in aging retina, indicating their vulnerability to aging. Moreover, we generated a dataset showing the cell-type- and region- specific gene expression associated with 55 types of human retinal disease, which provides a foundation to understand the molecular and cellular mechanisms underlying human retinal diseases. Together, these datasets are valuable for understanding the molecular characteristics of primate retina, as well as the molecular regulation of aging progression and related diseases.