Even among genetically identical cancer cells, resistance to therapy frequently emerges from a small subset of those cells1-7. Molecular differences in rare individual cells in the initial population enable certain cells to become resistant to therapy7-9; however, comparatively little is known about the variability in the resistance outcomes. Here we develop and apply FateMap, a framework that combines DNA barcoding with single-cell RNA sequencing, to reveal the fates of hundreds of thousands of clones exposed to anti-cancer therapies. We show that resistant clones emerging from single-cell-derived cancer cells adopt molecularly, morphologically and functionally distinct resistant types. These resistant types are largely predetermined by molecular differences between cells before drug addition and not by extrinsic factors. Changes in the dose and type of drug can switch the resistant type of an initial cell, resulting in the generation and elimination of certain resistant types. Samples from patients show evidence for the existence of these resistant types in a clinical context. We observed diversity in resistant types across several single-cell-derived cancer cell lines and cell types treated with a variety of drugs. The diversity of resistant types as a result of the variability in intrinsic cell states may be a generic feature of responses to external cues.

Abstract Even amongst genetically identical cancer cells, therapy resistance often only emerges from a very small subset of those cells. Much effort has gone into uncovering the molecular differences in rare individual cells in the initial population that may allow certain cells to become therapy resistant; however, comparatively little is known about variability in the resistant outcomes themselves. Here, we develop and apply FateMap, a framework that combines DNA barcoding with single-cell RNA sequencing to reveal the fates of hundreds of thousands of clones exposed to anti-cancer therapies. We show that resistant clones emerging from single-cell-derived cancer cells adopt molecularly, morphologically, and functionally distinct fate types. These different resistant types are largely predetermined by molecular differences between cells before addition of drug and not by extrinsic cell-specific microenvironmental factors. Changes in dose and kind of drug can, however, switch the resistant fate type of an initial cell, even resulting in the generation and elimination of certain fate types. Diversity in resistant fates was observed across several single-cell-derived cancer cell lines and types treated with a variety of drugs. Cell fate diversity as a result of variability in intrinsic cell states may be a generic feature of response to external cues.

Abstract Mutations and transient conformational movements of receptor binding domain (RBD) that make neutralizing epitopes momentarily unavailable, present immune escape routes to SARS-CoV-2. To mitigate viral escape, we developed a cocktail of neutralizing antibodies (NAbs) targeting epitopes located on different domains of spike (S) protein. Screening of a library of monoclonal antibodies generated from peripheral blood mononuclear cells of COVID-19 convalescent patients yielded potent NAbs, targeting N-terminal domain (NTD) and RBD domain of S, effective at nM concentrations. Remarkably, combination of RBD-targeting NAbs and NTD-binding NAb, FC05, dramatically enhanced the neutralization potency in cell-based assays and animal model. Results of competitive SPR assays and cryo-EM structures of Fabs bound to S unveil determinants of immunogenicity. Combinations of immunogens, identified in NTD and RBD of S, when immunized in rabbits elicited potent protective immune responses against SARS-CoV-2. These results provide a proof-of-concept for neutralization-based immunogen design targeting SARS-CoV-2 NTD and RBD. One sentence summary Immunogens identified in the NTD and RBD of the SARS-CoV-2 spike protein using a cocktail of non-competing NAbs when injected in rabbits elicited a potent protective immune response against SARS-CoV-2.

Abstract Metastasis occurs when tumor cells leave the primary tumor site and disseminate to distal organs. Even though most cells remain in the primary tumor, the circumstances by which a small fraction of them disseminate remain unclear. Here, we show that a rare, highly invasive subpopulation of melanoma cells can be detected within clonal cell lines due to non-genetic fluctuations in gene expression. The highly invasive phenotype was intrinsic to the cells, independent of their environment, and was marked by transiently high levels of SEMA3C expression, as revealed by RNA-sequencing analysis. Furthermore, the invasive subpopulation drove the bulk dissemination of tumor cells to distal locations in a mouse model of melanoma. The transcription factor NKX2.2 regulated the proportion of invasive cells in the melanoma 1205Lu cell line. Furthermore, an overall tradeoff between proliferation and invasion in single cells was observed. Our results suggest that phenotypes like metastasis may arise from intrinsic differences stemming from non-genetic fluctuations between single cells.

Abstract As oocyte meiotic maturation, they undergo two successive meiotic M phases, notably lacking an intervening interphase phase. During these M phases, oocytes remain transcriptionally quiescent, and we now know that “translational repressed mRNAs” are stored in a structure called the mitochondria associated ribonucleoprotein domain (MARDO). LSM14B is one of the abundant proteins of MARDO, and is predicted to bind mRNA, but its function(s) remain elusive. Here, we demonstrate that LSM14B functions to promote MARDO assembly in mouse oocytes. We also found that LSM14B knockout female mice are infertile, and show that the knockout oocytes fail to enter meiosis II, instead entering an aberrant interphase-like stage. Finally, we show that the failure of oocyte maturation results from decreased expression of Cyclin B1. Our study has revealed that the RNA-binding protein LSM14B modulates MARDO assembly and is essential for oocyte meiotic maturation.

Stress is associated with an increased risk of lung metastasis in melanoma. However, the underlying mechanism is elusive. Oxytocin (OXT), a neurohormone produced by the hypothalamus, plays a vital role in laboring induction and lactation. Emerging evidence suggests that OXT also regulates human emotions, social cognition, social behaviors and stress-related disorders. Here, we reported that a significant up-regulation of oxytocin receptors (OXTRs) was observed in malignant melanoma. The activation of oxytocin receptors (OXTRs) dramatically promoted migration, invasion and angiogenesis but not the proliferation of melanoma cells in vitro and in vivo via β-arrestin 2-dependent ERK-VEGF/ MMP-2 pathway. Next, chronic restraint stress significantly elevated the plasma level of OXT. Notably, 21 days chronic restraint stress facilitated lung metastasis of melanoma and reduced overall survival in mice, which were largely abrogated by knocking down either OXTR or β-arrestin 2. These findings provide evidence that chronic stress hormone-OXT promotes lung metastasis of melanoma via a β-arrestin 2-dependent mechanism and suggest that OXT, a novel pro-metastasis factor, is a potential therapeutic target for melanoma.

Abstract Steadily accumulating evidence supports the concept that the outputs of immune responses are influenced by local nutrient and metabolite conditions or concentrations, as well as by the molecular programming of intermediary metabolism within immune cells. Humoral immunity and germinal center reactions are one setting in which these factors are under active investigation. Hypoxia has been highlighted as one example of how a particular nutrient is distributed in primary and secondary follicles during an antibody response, and how its sensors could impact the qualities of antibody output after immunization. Based on a bio-informatic analysis of mRNA levels in germinal center and other B cells, recently published work challenges the concept that there is any hypoxia or that it has any influence. In this perspective, we perform new analyses of published genomics data to explore potential sources of disparity and elucidate aspects of what on the surface might seem to be conflicting conclusions. In particular, the replicability and variance among data sets derived from different naïve as well as germinal center B cells are considered. The results of the investigation highlight several broader issues that merit consideration, especially at a time of heightened focus on scientific reports in the realm of immunity and antibody responses. From one finding of this re-analysis, it is proposed that a standard should be expected in which the relationship of new data sets compared to prior “fingerprints” of cell types should be reported transparently to referees and readers. In light of the strong evidence for diversity in the constituencies within germinal centers elicited by protein immunization, it also is proposed that a core practice should be to avoid overly broad conclusions about germinal centers in general when experimental systems are subject to substantial constraints imposed by technical features.

Abstract Objectives The healthcare profession has been long considered an excellent career choice. Pre-medical experience is documented to be important in shaping future medical landscape. In the wake of the pandemic, there has been intense media spotlight on the healthcare profession and change in academic environment, necessitating analyses of student experience. This project aims to assess change in undergraduate student interest in healthcare career using cross-sectional survey study. Methods The project was approved by our Institutional Review Board. Voluntary survey collected data on demographics, socioeconomics, media exposure, academic environment, and change in interest in a healthcare profession. Survey was distributed through the university undergraduate pre-health listserv. Total of 297 responses were obtained. Descriptive statistics including Fisher’s exact test were applied in the analysis. Results Majority of the respondents were Asians (54.9%), second generation immigrants (52.2%), and female (73.4%). Large proportion of the respondents were negatively affected by the pandemic, with losing a job or internship personally (42.1%) or a family member or a friend (62.6%). Students had mixed response to online learning environment, with 27.3% of students noting no change, 40.4% students noting increased difficulty, and 32.3% students noting decreased difficulty of classes. During the pandemic, 47.5% of students noted increased interest in pursuing healthcare career. The change in interest in healthcare career was not associated with xdemographics, economic hardship, or online learning environment. Discussion Despite the challenges of COVID-19 pandemic, students showed strong interest in pursuing healthcare careers.

Mammalian mitochondria have small genomes encoding very limited numbers of proteins. Over one thousand proteins and noncoding RNAs encoded by nuclear genome have to be imported from the cytosol into the mitochondria. Here we report the identification of hundreds of circular RNAs (mecciRNAs) encoded by mitochondrial genome. We provide both in vitro and in vivo evidence to show that mecciRNAs facilitate mitochondrial entry of nuclear-encoded proteins by serving as molecular chaperones in the folding of imported proteins. Known components of mitochondrial protein and RNA importation such as TOM40 and PNPASE interact with mecciRNAs and regulate protein entry. Expression of mecciRNAs is regulated, and these transcripts are critical for mitochondria in adapting to physiological conditions and diseases such as stresses and cancers by modulating mitochondrial protein importation. mecciRNAs and their associated physiological roles add categories and functions to eukaryotic circular RNAs, and shed novel lights on communication between mitochondria and nucleus.

The beginning of 2020 brought us information about the novel coronavirus emerging in China. Rapid research resulted in the characterization of the pathogen, which appeared to be a member of the SARS-like cluster, commonly seen in bats. Despite the global and local efforts, the virus escaped the healthcare measures and rapidly spread in China and later globally, officially causing a pandemic and global crisis in March 2020. At present, different scenarios are being written to contain the virus, but the development of novel anticoronavirals for all highly pathogenic coronaviruses remains the major challenge. Here, we describe the antiviral activity of previously developed by us HTCC compound (N-(2-hydroxypropyl)-3-trimethylammonium chitosan chloride), which may be used as potential inhibitor of currently circulating highly pathogenic coronaviruses - SARS-CoV-2 and MERS-CoV.