Altered olfactory function is a common symptom of COVID-19, but its etiology is unknown. A key question is whether SARS-CoV-2 (CoV-2) - the causal agent in COVID-19 - affects olfaction directly, by infecting olfactory sensory neurons or their targets in the olfactory bulb, or indirectly, through perturbation of supporting cells. Here we identify cell types in the olfactory epithelium and olfactory bulb that express SARS-CoV-2 cell entry molecules. Bulk sequencing demonstrated that mouse, non-human primate and human olfactory mucosa expresses two key genes involved in CoV-2 entry, ACE2 and TMPRSS2. However, single cell sequencing revealed that ACE2 is expressed in support cells, stem cells, and perivascular cells, rather than in neurons. Immunostaining confirmed these results and revealed pervasive expression of ACE2 protein in dorsally-located olfactory epithelial sustentacular cells and olfactory bulb pericytes in the mouse. These findings suggest that CoV-2 infection of non-neuronal cell types leads to anosmia and related disturbances in odor perception in COVID-19 patients.

Supporting cells in the vestibular sensory epithelia from the ears of mature guinea pigs and adult humans proliferate in vitro after treatments with aminoglycoside antibiotics that cause sensory hair cells to die. After 4 weeks in culture, the epithelia contained new cells with some characteristics of immature hair cells. These findings are in contrast to expectations based on previous studies, which had suggested that hair cell loss is irreversible in mammals. The loss of hair cells is responsible for hearing and balance deficits that affect millions of people.

Most human subjects infected by SARS-CoV-2 report an acute alteration in their sense of smell, and more than 25% of COVID patients report lasting olfactory dysfunction. While animal studies and human autopsy tissues have suggested mechanisms underlying acute loss of smell, the pathophysiology that underlies persistent smell loss remains unclear. Here we combine objective measurements of smell loss in patients suffering from post-acute sequelae of SARS-CoV-2 infection (PASC) with single cell sequencing and histology of the olfactory epithelium (OE). This approach reveals that the OE of patients with persistent smell loss harbors a diffuse infiltrate of T cells expressing interferon-gamma; gene expression in sustentacular cells appears to reflect a response to inflammatory signaling, which is accompanied by a reduction in the number of olfactory sensory neurons relative to support cells. These data identify a persistent epithelial inflammatory process associated with PASC, and suggests mechanisms through which this T cell-mediated inflammation alters the sense of smell.

ABSTRACT Importance Esthesioneuroblastoma (ENB) is a rare tumor arising from the olfactory cleft region of the nasal cavity. Due to the low incidence of this tumor, as well as an absence of established reagents such as cell lines or murine models, understanding the mechanisms driving ENB pathobiology has been challenging. Objective Here, we sought to apply advances from research on the human olfactory epithelial neurogenic niche, along with new biocomputational approaches, to better understand the cellular and molecular factors in low and high grade ENB and how specific transcriptomic markers may predict prognosis. Design, Setting, and Participants This was a retrospective biocomputational analysis utilizing human ENB and normal olfactory mucosal tissue and clinical outcomes data. The setting was a large academic medical center. Participants were selected based on available datasets, and included ENB patients across all four tumor grades, and patients with normal olfactory mucosa. Main Outcomes and Measures Outcomes include deconvolution analysis, differential gene expression analysis, overall survival, and immunohistochemistry. A machine learning model was used to predict cell-type proportion signatures in ENB, and Kaplan-Meier curves with associated log-rank tests were used to estimate differences in overall survival. Results We analyzed a total of 19 ENB samples (9 low grade I/II, 10 high grade III/IV) with available bulk RNA-Sequencing and survival data, along with 10 samples from normal olfactory mucosa (3 bulk RNA-Sequencing, 7 single cell RNA-Sequencing). The bulk RNA-Sequencing deconvolution model identified a significant increase in globose basal cell (GBC) and CD8 T cell identities in high grade tumors (GBC from approximately 0% to 8%, CD8 T cell from 0.7% to 2.2%), and significant decreases in mature neuronal, Bowman’s gland, and olfactory ensheathing programs, in high grade tumors (mature neuronal from 3.7% to approximately 0%, Bowman’s gland from 18.6% to 10.5%, olfactory ensheathing from 3.4% to 1.1%). Trajectory analysis identified potential regulatory pathways in proliferative ENB cells, including PRC2. Survival analysis guided by gene expression in bulk RNA-Sequencing data identified favorable prognostic markers such as SOX9, S100B, and PLP1 expression. Conclusions and Relevance Our analyses provide a basis for additional translational research on ENB management, as well as identification of potential new prognostic markers.

Abstract Presbyosmia, or aging related olfactory loss, occurs in a majority of humans over age 65 years, yet remains poorly understood, with no specific treatment options. The olfactory epithelium (OE) in the nasal fossa is the peripheral organ for olfaction, and is subject to acquired damage, suggesting a likely site of pathology in aging. OE basal stem cells reconstitute the neuroepithelium in response to cell loss under normal conditions. In aged OE, patches of respiratory-like metaplasia have been observed histologically, consistent with a failure in normal neuroepithelial homeostasis or repair. Accordingly, we have focused on identifying cellular and molecular changes in presbyosmic OE. Combining psychophysical testing with olfactory mucosa biopsy analysis, single cell RNA-sequencing (scRNA-seq), and human olfactory culture studies, we identified evidence for inflammation-associated changes in the OE stem cells of presbyosmic patients. The presbyosmic basal stem cells exhibited increased expression of genes involved in response to cytokines or stress, or the regulation of proliferation and differentiation. To facilitate further study of human OE stem cells, we developed an adult human basal cell culture model. Characterization of cultures using scRNA-seq confirmed maintenance of a reserve stem cell-like phenotype, and brief cytokine exposure in basal cell cultures resulted in increased expression of TP63, a transcription factor acting to prevent OE stem cell differentiation. Our data are consistent with a process by which aging-related inflammatory changes in OE stem cells may contribute to presbyosmia, via the disruption of normal epithelial homeostasis, suggesting that OE stem cells may represent a rational therapeutic target for restoration of olfaction. One Sentence Summary Single cell profiling suggests that inflammatory-associated olfactory epithelial stem cell dysfunction is associated with presbyosmia in humans.

A subset of COVID-19 patients exhibit altered olfactory function. Here we analyze bulk and single cell RNA-Seq datasets to identify cell types in the olfactory epithelium and olfactory bulb that express cell entry molecules that mediate infection by SARS-CoV-2 (CoV-2), the causal agent in COVID-19. We find that samples from whole olfactory mucosa in species including mouse and human express two key genes involved in CoV-2 entry, ACE2 and TMPRSS2. However, neither olfactory sensory neurons nor olfactory bulb neurons express these genes, which are instead expressed in support cells, stem cells, and perivascular cells. These findings suggest that CoV-2 infection of non-neuronal cell types leads to anosmia and related disturbances in odor perception in COVID-19 patients.One Sentence Summary Analysis of new and previously published single-cell sequencing datasets reveals that the SARS-CoV2 receptor ACE2 is expressed in olfactory support cells, stem cells and perivascular cells — but not in neurons — suggesting mechanisms through which the COVID-19 syndrome could lead to olfactory dysfunction.### Competing Interest StatementDL is an employee of Mars, Inc. None of the other authors have competing interests to declare.

Purpose of review Olfactory neuroblastoma (ONB) is a rare malignancy originating from olfactory neuroepithelial cells. Given its uncommon nature and complex clinical presentation, this comprehensive review highlights recent findings and treatment approaches for advancing clinical practice and research. Recent findings Recent literature emphasizes significant advancements in the genomic profiling and molecular classification of ONB. Emerging targeted therapies include somatostatin analogs and programmed death-ligand 1 (PD-L1) inhibitors. In addition, the development of genetically engineered mouse models has provided valuable platforms for testing new treatment strategies, revealing similarities between ONB and small cell lung cancer, which may inform future therapeutic approaches. Summary These findings have profound implications on clinical practice. Improved diagnostic accuracy through advanced imaging and genomic profiling in addition to identifying specific mutations for targeted therapy can lead to personalized treatments of patients with ONB. Developments in genetically engineered mouse models and multiinstitutional collaborative efforts are vital for advancing research and standardizing molecular testing. The integration of advanced imaging techniques, genomic profiling, and targeted therapies holds promise for improving patient outcomes and understanding this rare malignancy.