Analysis of a series of clinical isolates of the swine-origin H1N1 influenza virus reveals that in mammalian models (mice, ferrets and macaques) the current pandemic virus is associated with more severe disease than a seasonal H1N1 strain. The viruses can also infect pigs but do not cause clinical signs. All antivirus drugs tested, including Tamiflu, were effective in cell culture against the new virus, lending support to the use of these compounds as a first line of defence against the pandemic. On 11 June 2009 the World Health Organization declared that the infections caused by a new strain of influenza A virus closely related to swine viruses had reached pandemic levels. Here, one of the first US isolates of the new swine-origin H1N1 influenza virus (S-OIV) is characterized, as well as several other S-OIV isolates, both in vitro and in vivo. Influenza A viruses cause recurrent outbreaks at local or global scale with potentially severe consequences for human health and the global economy. Recently, a new strain of influenza A virus was detected that causes disease in and transmits among humans, probably owing to little or no pre-existing immunity to the new strain. On 11 June 2009 the World Health Organization declared that the infections caused by the new strain had reached pandemic proportion. Characterized as an influenza A virus of the H1N1 subtype, the genomic segments of the new strain were most closely related to swine viruses1. Most human infections with swine-origin H1N1 influenza viruses (S-OIVs) seem to be mild; however, a substantial number of hospitalized individuals do not have underlying health issues, attesting to the pathogenic potential of S-OIVs. To achieve a better assessment of the risk posed by the new virus, we characterized one of the first US S-OIV isolates, A/California/04/09 (H1N1; hereafter referred to as CA04), as well as several other S-OIV isolates, in vitro and in vivo. In mice and ferrets, CA04 and other S-OIV isolates tested replicate more efficiently than a currently circulating human H1N1 virus. In addition, CA04 replicates efficiently in non-human primates, causes more severe pathological lesions in the lungs of infected mice, ferrets and non-human primates than a currently circulating human H1N1 virus, and transmits among ferrets. In specific-pathogen-free miniature pigs, CA04 replicates without clinical symptoms. The assessment of human sera from different age groups suggests that infection with human H1N1 viruses antigenically closely related to viruses circulating in 1918 confers neutralizing antibody activity to CA04. Finally, we show that CA04 is sensitive to approved and experimental antiviral drugs, suggesting that these compounds could function as a first line of defence against the recently declared S-OIV pandemic.

Ebolavirus (EBOV) is an enveloped, single-stranded, negative-sense RNA virus that causes severe hemorrhagic fever with mortality rates of up to 90% in humans and nonhuman primates. Previous studies suggest roles for clathrin- or caveolae-mediated endocytosis in EBOV entry; however, ebolavirus virions are long, filamentous particles that are larger than the plasma membrane invaginations that characterize clathrin- or caveolae-mediated endocytosis. The mechanism of EBOV entry remains, therefore, poorly understood. To better understand Ebolavirus entry, we carried out internalization studies with fluorescently labeled, biologically contained Ebolavirus and Ebolavirus-like particles (Ebola VLPs), both of which resemble authentic Ebolavirus in their morphology. We examined the mechanism of Ebolavirus internalization by real-time analysis of these fluorescently labeled Ebolavirus particles and found that their internalization was independent of clathrin- or caveolae-mediated endocytosis, but that they co-localized with sorting nexin (SNX) 5, a marker of macropinocytosis-specific endosomes (macropinosomes). Moreover, the internalization of Ebolavirus virions accelerated the uptake of a macropinocytosis-specific cargo, was associated with plasma membrane ruffling, and was dependent on cellular GTPases and kinases involved in macropinocytosis. A pseudotyped vesicular stomatitis virus possessing the Ebolavirus glycoprotein (GP) also co-localized with SNX5 and its internalization and infectivity were affected by macropinocytosis inhibitors. Taken together, our data suggest that Ebolavirus is internalized into cells by stimulating macropinocytosis in a GP-dependent manner. These findings provide new insights into the lifecycle of Ebolavirus and may aid in the development of therapeutics for Ebolavirus infection.

We describe a strategy for developing hydrophilic chemical cocktails for tissue delipidation, decoloring, refractive index (RI) matching, and decalcification, based on comprehensive chemical profiling. More than 1,600 chemicals were screened by a high-throughput evaluation system for each chemical process. The chemical profiling revealed important chemical factors: salt-free amine with high octanol/water partition-coefficient (logP) for delipidation, N-alkylimidazole for decoloring, aromatic amide for RI matching, and protonation of phosphate ion for decalcification. The strategic integration of optimal chemical cocktails provided a series of CUBIC (clear, unobstructed brain/body imaging cocktails and computational analysis) protocols, which efficiently clear mouse organs, mouse body including bone, and even large primate and human tissues. The updated CUBIC protocols are scalable and reproducible, and they enable three-dimensional imaging of the mammalian body and large primate and human tissues. This strategy represents a future paradigm for the rational design of hydrophilic clearing cocktails that can be used for large tissues.

Highlights•RI-optimized CUBIC protocol enables whole-body examination of cancer models•CUBIC is applicable to analysis of micrometastases at single-cell resolution•CUBIC analysis bridges the resolution gap between in vivo imaging and histology•CUBIC-cancer analysis is useful for profiling biological processes in whole organsSummaryStochastic and proliferative events initiated from a single cell can disrupt homeostatic balance and lead to fatal disease processes such as cancer metastasis. To overcome metastasis, it is necessary to detect and quantify sparsely distributed metastatic cells throughout the body at early stages. Here, we demonstrate that clear, unobstructed brain/body imaging cocktails and computational analysis (CUBIC)-based cancer (CUBIC-cancer) analysis with a refractive index (RI)-optimized protocol enables comprehensive cancer cell profiling of the whole body and organs. We applied CUBIC-cancer analysis to 13 mouse models using nine cancer cell lines and spatiotemporal quantification of metastatic cancer progression at single-cell resolution. CUBIC-cancer analysis suggests that the epithelial-mesenchymal transition promotes not only extravasation but also cell survival at metastatic sites. CUBIC-cancer analysis is also applicable to pharmacotherapeutic profiling of anti-tumor drugs. CUBIC-cancer analysis is compatible with in vivo bioluminescence imaging and 2D histology. We suggest that a scalable analytical pipeline with these three modalities may contribute to addressing currently incurable metastatic diseases.Graphical abstract

Abstract L-Lactate is a monocarboxylate produced during the process of cellular glycolysis and has long been generally considered a waste product. However, studies in recent decades have provided new perspectives on the physiological roles of L-lactate as a major energy substrate and a signaling molecule. To enable further investigations of the physiological roles of L-lactate, we have developed a series of high-performance (Δ F / F = 15 to 30 in vitro ), intensiometric, genetically-encoded green fluorescent protein (GFP)-based intracellular L-lactate biosensors with a range of affinities. We evaluated the performance of these biosensors by in vitro and live-cell characterization and demonstrated the utility with imaging applications in several cell lines.

Background: global deletion of Vhl leads to vascular defects and early lethality, precluding the study of VHL/HIF signaling during coronary formation and homeostasis. Hypoxia pathway has been associated with cardiovascular diseases involving inflammation and vascular remodeling like atherosclerosis, but its role in Kawasaki Disease (KD) remains unknown. Coronary dilatation and vessel rupture are the most serious complications of KD, while the molecular mechanisms underlying these cardiac events remain poorly understood. Here we aim to determine the function of VHL/HIF pathway in the development of cardiovascular defects and its role in KD. Methods: We generated a new mouse model to genetically hyperactivate hypoxia pathway in progenitors contributing to coronary vessels and cardiac fibroblasts (Vhl/Wt1). We characterized the model by means of echocardiography, magnetic resonance imaging, histological analysis and molecular approaches. Human cardiac tissue from KD individuals suffering fatal coronary aneurysm were screened for HIF signaling and inflammatory markers by immunohistochemistry. Results: Conditional Vhl KO do not undergo developmental abnormalities but displays cardiomegaly and epicardial vascular defects, with cardiac hypertrophy and progressive coronary diameter increase, as well as pericardial hemorrhage and systemic inflammation early after birth. Histological characterization reveals inflammation of coronary arteries, vascular remodeling with elastin breaks and dilatation, increased perivascular fibrosis and smooth muscle cells death, together with high incidence of intracoronary thrombus formation. In addition, the mutants display vascular calcification and severe cardiac inflammation and interstitial hemorrhages, dying suddenly between 15-20 weeks of age due to vessel rupture. Simultaneous elimination of HIF2 and VHL prevents the cardiovascular abnormalities displayed by single cVhl KO, highlighting the essential role of HIF2 in coronary instability and vascular inflammation. Histological characterization of human cardiac samples shows positive signal for HIF1 and specially HIF2, in the coronary lesions and its surroundings in regions with high inflammatory infiltration, confirming the activation of hypoxia signaling in KD patients with cardiovascular complications. Conclusions: Our data demonstrate the importance of HIF2 signaling in the development of coronary inflammation and vascular remodeling and provide new evidences connecting low oxygen tensions with cardiovascular lesions occurring during the onset of the most severe cases of KD. Furthermore, the Vhl/Wt1 mouse generated recapitulates cardiac features of KD with critical heart complications, providing a new platform to uncover unknown aspects of KD pathogenesis.

Abstract Microglia play diverse pathophysiological roles in Alzheimer’s disease (AD), with genetic susceptibility factors skewing microglial cell function to influence AD risk. CD33 is an immunomodulatory receptor associated with AD susceptibility through a single nucleotide polymorphism that modulates mRNA splicing, skewing protein expression from a long protein isoform (CD33M) to a short isoform (CD33m). Understanding how human CD33 isoforms differentially impact microglial cell function in vivo has been challenging due to functional divergence of CD33 between mice and humans. We address this challenge by studying transgenic mice expressing either of the human CD33 isoforms crossed with the 5XFAD mouse model of amyloidosis and find that human CD33 isoforms have opposing effects on the response of microglia to amyloid-β (Aβ) deposition. Mice expressing CD33M have increased Aβ levels, more diffuse plaques, fewer disease-associated microglia, and more dystrophic neurites compared to 5XFAD control mice. Conversely, CD33m promotes plaque compaction and microglia-plaque contacts, and minimizes neuritic plaque pathology, highlighting an AD protective role for this isoform. Protective phenotypes driven by CD33m are detected at an earlier timepoint compared to the more aggressive pathology in CD33M mice that appears at a later timepoint, suggesting that CD33m has a more prominent impact on microglia cell function at earlier stages of disease progression. In addition to divergent roles in modulating phagocytosis, scRNAseq and proteomics analyses demonstrate that CD33m + microglia upregulate nestin, an intermediate filament involved in cell migration, at plaque contact sites. Overall, our work provides new functional insights into how CD33, as a top genetic susceptibility factor for AD, modulates microglial cell function. Graphical Abstract