Image-based cell profiling is a high-throughput strategy for the quantification of phenotypic differences among a variety of cell populations. It paves the way to studying biological systems on a large scale by using chemical and genetic perturbations. The general workflow for this technology involves image acquisition with high-throughput microscopy systems and subsequent image processing and analysis. Here, we introduce the steps required to create high-quality image-based (i.e., morphological) profiles from a collection of microscopy images. We recommend techniques that have proven useful in each stage of the data analysis process, on the basis of the experience of 20 laboratories worldwide that are refining their image-based cell-profiling methodologies in pursuit of biological discovery. The recommended techniques cover alternatives that may suit various biological goals, experimental designs, and laboratories' preferences.

Genotype-to-phenotype association studies typically use macroscopic physiological measurements or molecular readouts as quantitative traits. There are comparatively few suitable quantitative traits available between cell and tissue length scales, a limitation that hinders our ability to identify variants affecting phenotype at many clinically informative levels. Here we show that quantitative image features, automatically extracted from histopathological imaging data, can be used for image Quantitative Trait Loci (iQTL) mapping and variant discovery. Using thyroid pathology images, clinical metadata, and genomics data from the Genotype and Tissue Expression (GTEx) project, we establish and validate a quantitative imaging biomarker for immune cell infiltration. A total of 100,215 variants were selected for iQTL profiling, and tested for genotype-phenotype associations with our quantitative imaging biomarker. Significant associations were found in HDAC9 and TXNDC5. We validated the TXNDC5 association using GTEx cis-expression QTL data, and an independent hypothyroidism dataset from the Electronic Medical Records and Genomics network.

N-terminal (Nt)-acetylation is a highly prevalent co-translational protein modification in eukaryotes, catalyzed by at least five Nt-acetyltransferases (Nat) with differing specificities. Nt-acetylation has been implicated in protein quality control but its broad biological significance remains elusive. We investigated the roles of the two major Nats of S. cerevisiae , NatA and NatB, by performing transcriptome, translatome and proteome profiling of natA Δ and natB Δ mutants. Our results do not support a general role of Nt-acetylation in protein degradation but reveal an unexpected range of Nat-specific phenotypes. NatA is implicated in systemic adaptation control, as natA Δ mutants display altered expression of transposons, sub-telomeric genes, pheromone response genes and nuclear genes encoding mitochondrial ribosomal proteins. NatB predominantly affects protein folding, as natB Δ mutants accumulate protein aggregates, induce stress responses and display reduced fitness in absence of the ribosome-associated chaperone Ssb. These phenotypic differences indicate that controlling Nat activities may serve to elicit distinct cellular responses.

Abstract RNA interference is a natural antiviral mechanism that could be harnessed to combat SARS-CoV-2 infection by targeting and destroying the viral genome. We screened lipophilic small-interfering RNA (siRNA) conjugates targeting highly conserved regions of the SARS-CoV-2 genome and identified leads targeting outside of the spike-encoding region capable of achieving ≥3-log viral reduction. Serial passaging studies demonstrated that a two-siRNA combination prevented development of resistance compared to a single-siRNA approach. A two-siRNA combination delivered intranasally protected Syrian hamsters from weight loss and lung pathology by viral infection upon prophylactic administration but not following onset of infection. Together, the data support potential utility of RNAi as a prophylactic approach to limit SARS-CoV-2 infection that may help combat emergent variants, complement existing interventions, or protect populations where vaccines are less effective. Most importantly, this strategy has implications for developing medicines that may be valuable in protecting against future coronavirus pandemics.

ABSTRACT Adeno-associated virus (AAV)-based gene therapy could be facilitated by the development of molecular switches to control the magnitude and timing of expression of therapeutic transgenes. RNA interference (RNAi)-based approaches hold unique potential as a clinically proven modality to pharmacologically regulate AAV gene dosage in a sequence-specific manner. We present a generalizable RNAi-based rheostat wherein AAV transgene expression is silenced using the clinically validated modality of chemically modified short interfering RNA (siRNA) conjugates or vectorized co-expression of short hairpin RNA (shRNA). For transgene induction, we employ REVERSIR technology, a synthetic high-affinity oligonucleotide complementary to the siRNA or shRNA guide strand to reverse RNAi activity and rapidly recover transgene expression. For potential clinical development, we report potent and specific siRNA sequences that may allow selective regulation of transgenes while minimizing unintended off-target effects. Our results establish a conceptual framework for RNAi-based regulatory switches with potential for infrequent dosing in clinical settings to dynamically modulate expression of virally-delivered gene therapies.