The scarring of the heart that results from myocardial infarction has been interpreted as evidence that the heart is composed of myocytes that are unable to divide. However, recent observations have provided evidence of proliferation of myocytes in the adult heart. Therefore, we studied the extent of mitosis among myocytes after myocardial infarction in humans.Samples from the border of the infarct and from areas of the myocardium distant from the infarct were obtained from 13 patients who had died 4 to 12 days after infarction. Ten normal hearts were used as controls. Myocytes that had entered the cell cycle in preparation for cell division were measured by labeling of the nuclear antigen Ki-67, which is associated with cell division. The fraction of myocyte nuclei that were undergoing mitosis was determined, and the mitotic index (the ratio of the number of nuclei undergoing mitosis to the number not undergoing mitosis) was calculated. The presence of mitotic spindles, contractile rings, karyokinesis, and cytokinesis was also recorded.In the infarcted hearts, Ki-67 expression was detected in 4 percent of myocyte nuclei in the regions adjacent to the infarcts and in 1 percent of those in regions distant from the infarcts. The reentry of myocytes into the cell cycle resulted in mitotic indexes of 0.08 percent and 0.03 percent, respectively, in the zones adjacent to and distant from the infarcts. Events characteristic of cell division--the formation of the mitotic spindles, the formation of contractile rings, karyokinesis, and cytokinesis--were identified; these features demonstrated that there was myocyte proliferation after myocardial infarction.Our results challenge the dogma that the adult heart is a postmitotic organ and indicate that the regeneration of myocytes may be a critical component of the increase in muscle mass of the myocardium.

In this study, we tested whether the human heart possesses a cardiac stem cell (CSC) pool that promotes regeneration after infarction. For this purpose, CSC growth and senescence were measured in 20 hearts with acute infarcts, 20 hearts with end-stage postinfarction cardiomyopathy, and 12 control hearts. CSC number increased markedly in acute and, to a lesser extent, in chronic infarcts. CSC growth correlated with the increase in telomerase-competent dividing CSCs from 1.5% in controls to 28% in acute infarcts and 14% in chronic infarcts. The CSC mitotic index increased 29-fold in acute and 14-fold in chronic infarcts. CSCs committed to the myocyte, smooth muscle, and endothelial cell lineages increased ≈85-fold in acute infarcts and ≈25-fold in chronic infarcts. However, p16 INK4a -p53-positive senescent CSCs also increased and were 10%, 18%, and 40% in controls, acute infarcts, and chronic infarcts, respectively. Old CSCs had short telomeres and apoptosis involved 0.3%, 3.8%, and 9.6% of CSCs in controls, acute infarcts, and chronic infarcts, respectively. These variables reduced the number of functionally competent CSCs from ≈26,000/cm 3 of viable myocardium in acute to ≈7,000/cm 3 in chronic infarcts, respectively. In seven acute infarcts, foci of spontaneous myocardial regeneration that did not involve cell fusion were identified. In conclusion, the human heart possesses a CSC compartment, and CSC activation occurs in response to ischemic injury. The loss of functionally competent CSCs in chronic ischemic cardiomyopathy may underlie the progressive functional deterioration and the onset of terminal failure.

Prompt coronary catheterization and revascularization have markedly improved the outcomes of myocardial infarction, but have also resulted in a growing number of surviving patients with permanent structural damage of the heart, which frequently leads to heart failure. There is an unmet clinical need for treatments for this condition1, particularly given the inability of cardiomyocytes to replicate and thereby regenerate the lost contractile tissue2. Here we show that expression of human microRNA-199a in infarcted pig hearts can stimulate cardiac repair. One month after myocardial infarction and delivery of this microRNA through an adeno-associated viral vector, treated animals showed marked improvements in both global and regional contractility, increased muscle mass and reduced scar size. These functional and morphological findings correlated with cardiomyocyte de-differentiation and proliferation. However, subsequent persistent and uncontrolled expression of the microRNA resulted in sudden arrhythmic death of most of the treated pigs. Such events were concurrent with myocardial infiltration of proliferating cells displaying a poorly differentiated myoblastic phenotype. These results show that achieving cardiac repair through the stimulation of endogenous cardiomyocyte proliferation is attainable in large mammals, however dosage of this therapy needs to be tightly controlled. MicroRNAs delivered by adeno-associated viral vectors improve global and regional contractility, increase muscle mass and reduce scar size in a porcine model of myocardial infarction.

COVID-19 is a disease with unique characteristics that include lung thrombosis1, frequent diarrhoea2, abnormal activation of the inflammatory response3 and rapid deterioration of lung function consistent with alveolar oedema4. The pathological substrate for these findings remains unknown. Here we show that the lungs of patients with COVID-19 contain infected pneumocytes with abnormal morphology and frequent multinucleation. The generation of these syncytia results from activation of the SARS-CoV-2 spike protein at the cell plasma membrane level. On the basis of these observations, we performed two high-content microscopy-based screenings with more than 3,000 approved drugs to search for inhibitors of spike-driven syncytia. We converged on the identification of 83 drugs that inhibited spike-mediated cell fusion, several of which belonged to defined pharmacological classes. We focused our attention on effective drugs that also protected against virus replication and associated cytopathicity. One of the most effective molecules was the antihelminthic drug niclosamide, which markedly blunted calcium oscillations and membrane conductance in spike-expressing cells by suppressing the activity of TMEM16F (also known as anoctamin 6), a calcium-activated ion channel and scramblase that is responsible for exposure of phosphatidylserine on the cell surface. These findings suggest a potential mechanism for COVID-19 disease pathogenesis and support the repurposing of niclosamide for therapy. Lungs from patients who died from COVID-19 show atypical fused cells, the formation of which is mediated by the SARS-CoV-2 spike protein, and drugs that inhibit TMEM16F can prevent spike-induced syncytia formation.

BackgroundCOVID-19 is a deadly pulmonary disease with peculiar characteristics, which include variable clinical course and thrombophilia. A thorough understanding of the pathological correlates of the disease is still missing.MethodsHere we report the systematic analysis of 41 consecutive post-mortem samples from individuals who died of COVID-19. Histological analysis is complemented by immunohistochemistry for cellular and viral antigens and the detection of viral genomes by in situ RNA hybridization.FindingsCOVID-19 is characterized by extensive alveolar damage (41/41 of patients) and thrombosis of the lung micro- and macro-vasculature (29/41, 71%). Thrombi were in different stages of organization, consistent with their local origin. Pneumocytes and endothelial cells contained viral RNA even at the later stages of the disease. An additional feature was the common presence of a large number of dysmorphic pneumocytes, often forming syncytial elements (36/41, 87%). Despite occasional detection of virus-positive cells, no overt signs of viral infection were detected in other organs, which showed non-specific alterations.InterpretationCOVID-19 is a unique disease characterized by extensive lung thrombosis, long-term persistence of viral RNA in pneumocytes and endothelial cells, along with the presence of infected cell syncytia. Several of COVID-19 features might be consequent to the persistence of virus-infected cells for the duration of the disease.FundingThis work was supported by a King's Together Rapid COVID-19 Call grant from King's College London. MG is supported by the European Research Council (ERC) Advanced Grant 787971 "CuRE" and by Programme Grant RG/19/11/34633 from the British Heart Foundation.

ABSTRACT Background Thrombosis of the lung micro-vasculature is a characteristic of COVID-19 disease, which is observed in large excess compared to other forms of acute respiratory distress syndrome and thus suggests a trigger for thrombosis endogenous to the lung. Our recent work has shown that the SARS-CoV-2 Spike protein activates the cellular TMEM16F chloride channel and scramblase. Through a screening on >3,000 FDA/EMA approved drugs, we identified Niclosamide and Clofazimine as the most effective molecules at inhibiting this activity. As TMEM16F plays an important role in the stimulation of the pro-coagulant activity of platelets, and considering that platelet abnormalities are common in COVID-19 patients, we investigated whether Spike directly affects platelet activation and pro-thrombotic function and tested the effect of Niclosamide and Clofazimine on these processes. Methods We produced SARS-CoV-2 Spike or VSV-G protein-pseudotyped virions, or generated cells expressing Spike on their plasma membrane, and tested their effects on platelet adhesion (fluorescence), aggregation (absorbance), exposure of phosphatidylserine (flow cytometry for annexin V binding), calcium flux (flow cytometry for fluo-4 AM), and clot formation and retraction. These experiments were also conducted in the presence of the TMEM16F activity inhibitors Niclosamide and Clofazimine. Results Here we show that exposure to SARS-CoV-2 Spike promotes platelet activation, adhesion and spreading, both when present on the envelope of virions or upon expression on the plasma membrane of cells. Spike was effective both as a sole agonist or by enhancing the effect of known platelet activators, such as collagen and collagen-related peptide. In particular, Spike exerted a noticeable effect on the procoagulant phenotype of platelets, by enhancing calcium flux, phosphatidylserine externalisation, and thrombin generation. Eventually, this resulted in a striking increase in thrombin-induced clot formation and retraction. Both Niclosamide and Clofazimine almost abolished this Spike-induced pro-coagulant response. Conclusions Together, these findings provide a pathogenic mechanism to explain thrombosis associated to COVID-19 lung disease, by which Spike present in SARS-CoV-2 virions or exposed on the surface of infected cells, leads to local platelet stimulation and subsequent activation of the coagulation cascade. As platelet TMEM16F is central in this process, these findings reinforce the rationale of repurposing drugs targeting this protein, such as Niclosamide, for COVID-19 therapy.

Abstract Funding Acknowledgements Type of funding sources: Foundation. Main funding source(s): IEO-Monzino Foundation Background Cardiac metastasis is considered a relatively rare malignancy, although an increasing prevalence is expected in the future due to the increasing life expectancy. Several cases of cardiac metastases remain untreatable, given the anatomical location that often hampers both surgical eradication and bioptic collection for biological characterization. Here, we use spatial transcriptomics to provide an unbiased molecular characterization of cardiac metastases, and identify novel targets for their treatment. Material and methods We performed spatial transcriptomics on samples of primary tumor, cardiac, and extra-cardiac metastasis from three different patients. First, we checked RNA integrity by means of DV200 analysis. Spatial transcriptomic analysis was performed by using the GeoMX technology (Nanostring), which provides whole-transcriptome data along with spatial distribution information of the preselected samples from the candidate regions of interest (ROIs). ROIs were selected on the formalin-fixed paraffin-embedded sections by means of geometric shapes in combination with cell markers specific for tumor cells, cardiomyocytes and endothelial cells, respectively. Differential gene expression analysis and Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) were performed on the entire transcriptome. Cell-cell interactions between cardiac cells and cancer cells were then evaluated by means of InterCellaR. Results Differential expression analysis between cardiac metastases and extra-cardiac tumors (primary tumors + extra-cardiac metastases) identified 92 differentially expressed genes (DEGs). Of these, 53 genes were significantly overexpressed in cardiac metastases, while 39 genes were overexpressed in the extra-cardiac samples, regardless of the site of origin of the tumor. Unsupervised hierarchical clustering of protein-coding genes clearly separated the samples according to their anatomical location, in particular cardiac metastasis from extra-cardiac tumors. GSEA identified several pathways enriched in cardiac metastases compared to the extra-cardiac tumors, including mechanotransduction (e.g. keratinization and cell-matrix interaction) and triglyceride metabolism, suggesting a potential role of these signaling pathways in the development of cardiac metastasis. Interactome analysis revealed a rich plethora of receptor-ligand interactions in cardiac metastasis, especially between tumor cells and cardiomyocytes. Conclusions These results start shedding light on the mechanisms that allow cancer cell growth in the heart and pave the way to the development of novel therapies to treat this malignancy.