The newly identified severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) causes COVID-19, a pandemic respiratory disease. Moreover, thromboembolic events throughout the body, including in the CNS, have been described. Given the neurological symptoms observed in a large majority of individuals with COVID-19, SARS-CoV-2 penetrance of the CNS is likely. By various means, we demonstrate the presence of SARS-CoV-2 RNA and protein in anatomically distinct regions of the nasopharynx and brain. Furthermore, we describe the morphological changes associated with infection such as thromboembolic ischemic infarction of the CNS and present evidence of SARS-CoV-2 neurotropism. SARS-CoV-2 can enter the nervous system by crossing the neural-mucosal interface in olfactory mucosa, exploiting the close vicinity of olfactory mucosal, endothelial and nervous tissue, including delicate olfactory and sensory nerve endings. Subsequently, SARS-CoV-2 appears to follow neuroanatomical structures, penetrating defined neuroanatomical areas including the primary respiratory and cardiovascular control center in the medulla oblongata.

•Three distinct subtypes of immune-mediated necrotizing myopathies are defined.•New pathological criteria for immune-mediated necrotizing myopathies are defined.•Anti-HMGCR myopathy, anti-SRP myopathy and antibody negative IMNM are defined.•Therapeutic recommendations for anti-HMGCR myopathy, anti-SRP myopathy are given.

Abstract Manual selection of targets in experimental or diagnostic samples by transmission electron microscopy (TEM), based on single overview and detail micrographs, has been time- consuming and susceptible to bias. Substantial information and throughput gain may now be achieved by automated acquisition of virtually all structures in a given EM section. Resulting datasets allow convenient pan-and-zoom examination of tissue ultrastructure with preserved microanatomical orientation. The technique is, however, critically sensitive to artifacts in sample preparation. We therefore established a methodology to prepare large-scale digitization samples (LDS) designed to acquire entire sections free of obscuring flaws. For evaluation, we highlight the supreme performance of scanning EM in transmission mode compared to other EM technology. The use of LDS will substantially facilitate access to EM data for a broad range of applications.

Abstract Inclusion body myositis (IBM) is the most prevalent inflammatory muscle disease in older adults with no effective therapy available. In contrast to other inflammatory myopathies such as subacute, immune-mediated necrotizing myopathy (IMNM), IBM follows a chronic disease course with both inflammatory and degenerative features of pathology. Moreover, causal factors and molecular drivers of IBM progression are largely unknown. Therefore, we paired single-nucleus RNA sequencing with spatial transcriptomics from patient muscle biopsies to map cell-type-specific drivers underlying IBM pathogenesis compared with IMNM muscles and noninflammatory skeletal muscle samples. In IBM muscles, we observed a selective loss of type 2 myonuclei paralleled by increased levels of cytotoxic T and conventional type 1 dendritic cells. IBM myofibers were characterized by either upregulation of cell stress markers featuring GADD45A and NORAD or protein degradation markers including RNF7 associated with p62 aggregates. GADD45A upregulation was preferentially seen in type 2A myofibers associated with severe tissue inflammation. We also noted IBM-specific upregulation of ACHE encoding acetylcholinesterase, which can be regulated by NORAD activity and result in functional denervation of myofibers. Our results provide promising insights into possible mechanisms of myofiber degeneration in IBM and suggest a selective type 2 fiber vulnerability linked to genomic stress and denervation pathways.

Objectives Autoantibodies targeting intracellular proteins are common in various autoimmune diseases. In the context of myositis, the pathologic significance of these autoantibodies has been questioned due to the assumption that autoantibodies cannot enter living muscle cells. This study aims to investigate the validity of this assumption. Methods Confocal immunofluorescence microscopy was employed to localise antibodies and other proteins of interest in myositis muscle biopsies. Bulk RNA sequencing was used to examine the transcriptomic profiles of 669 samples, including those from patients with myositis, disease controls and healthy controls. Additionally, antibodies from myositis patients were introduced into cultured myoblasts through electroporation, and their transcriptomic profiles were analysed using RNA sequencing. Results In patients with myositis autoantibodies, antibodies accumulated inside myofibres in the same subcellular compartment as the autoantigen. Bulk RNA sequencing revealed that muscle biopsies from patients with autoantibodies targeting transcriptional regulators exhibited transcriptomic patterns consistent with dysfunction of the autoantigen. For instance, in muscle biopsies from patients with anti-PM/Scl autoantibodies recognising components of the nuclear RNA exosome complex, an accumulation of divergent transcripts and long non-coding RNAs was observed; these RNA forms are typically degraded by the nuclear RNA exosome complex. Introducing patient antibodies into cultured muscle cells recapitulated the transcriptomic effects observed in human disease. Further supporting evidence suggested that myositis autoantibodies recognising other autoantigens may also disrupt the function of their targets. Conclusions This study demonstrates that, in myositis, autoantibodies are internalised into living cells, causing biological effects consistent with the disrupted function of their autoantigen.

Abstract Polymyositis with mitochondrial pathology (PM-Mito) was first identified in 1997 as a subtype of idiopathic inflammatory myopathy. Recent findings demonstrated significant molecular similarities between PM-Mito and Inclusion Body Myositis (IBM), suggesting a trajectory from early to late IBM and prompting the inclusion of PM-Mito as an IBM precursor (early IBM) within the IBM spectrum. Both PM-Mito and IBM show mitochondrial abnormalities, suggesting mitochondrial disturbance is a critical element of IBM pathogenesis. The primary objective of this cross-sectional study was to characterize the mitochondrial phenotype in PM-Mito at histological, ultrastructural, and molecular levels and to study the interplay between mitochondrial dysfunction and inflammation. Skeletal muscle biopsies of 27 patients with PM-Mito and 27 with typical IBM were included for morphological and ultrastructural analysis. Mitochondrial DNA (mtDNA) copy number and deletions were assessed by qPCR and long-range PCR, respectively. In addition, full-length single-molecule sequencing of the mtDNA enabled precise mapping of deletions. Protein and RNA levels were studied using unbiased proteomic profiling, immunoblotting, and bulk RNA sequencing. Cell-free mtDNA (cfmtDNA) was measured in the serum of IBM patients. We found widespread mitochondrial abnormalities in both PM-Mito and IBM, illustrated by elevated numbers of COX-negative and SDH-positive fibers and prominent ultrastructural abnormalities with disorganized and concentric cristae within enlarged and dysmorphic mitochondria. MtDNA copy numbers were significantly reduced, and multiple large-scale mtDNA deletions were already evident in PM-Mito, compared to healthy age-matched controls, similar to the IBM group. The activation of the canonical cGAS/STING inflammatory pathway, possibly triggered by the intracellular leakage of mitochondrial DNA, was evident in PM-Mito and IBM. Elevated levels of circulating cfmtDNA also indicated leakage of mtDNA as a likely inflammatory trigger. In PM-Mito and IBM, these findings were accompanied by dysregulation of proteins and transcripts linked to the mitochondrial membranes. In summary, we identified that mitochondrial dysfunction with multiple mtDNA deletions and depletion, disturbed mitochondrial ultrastructure, and defects of the inner mitochondrial membrane are features of PM-Mito and IBM, underlining the concept of an IBM-spectrum disease (IBM-SD). The activation of inflammatory pathways related to mtDNA release indicates a significant role of mitochondria-associated inflammation in the pathogenesis of IBM-SD. Thus, mitochondrial abnormalities precede tissue remodeling and infiltration by specific T-cell subpopulations (e.g., KLRG1 + ) characteristic of late IBM. This study highlights the critical role of early mitochondrial abnormalities in the pathomechanism of IBM, which may lead to new approaches to therapy.

Mutations in the mitochondrial complex IV assembly factor SURF1 represent a major cause of Leigh syndrome (LS), a rare fatal neurological disorder. SURF1-deficient animals have failed to recapitulate the neuronal pathology of LS, hindering our understanding of the disease mechanisms. We generated induced pluripotent stem cells from LS patients carrying homozygous SURF1 mutations (SURF1 iPS) and performed biallelic correction via CRISPR/Cas9. In contrast to corrected cells, SURF1 iPS showed impaired neuronal differentiation. Aberrant bioenergetics in SURF1 iPS occurred already in neural progenitor cells (NPCs), disrupting their neurogenic potency. Cerebral organoids from SURF1 iPS were smaller and recapitulated the neurogenesis defects. Our data imply that SURF1 mutations cause a failure in the development of maturing neurons. Using NPC function as an interventional target, we identified SURF1 gene augmentation as a potential strategy for restoring neurogenesis in LS patients carrying SURF1 mutations.

Abstract The tongue is a unique muscular organ situated in the oral cavity where it is involved in taste sensation, mastication and articulation. As a barrier organ, which is constantly exposed to environmental pathogens, the tongue is expected to host an immune cell network ensuring local immune defence. However, the composition and the transcriptional landscape of the tongue immune system are currently not completely defined. Here we characterised the tissue-resident immune compartment of the murine tongue during development, health and disease, combining single cell RNA-sequencing with in situ immunophenotyping. We identified distinct local immune cell populations and described two specific subsets of tongue-resident macrophages occupying discrete anatomical niches. Cx3cr1 + macrophages were located specifically in the highly innervated lamina propria beneath the tongue epidermis and at times in close proximity to fungiform papillae. Folr2 + macrophages were detected in deeper muscular tissue. The two macrophage subsets originate from a common proliferative precursor during early postnatal development and responded differently to systemic LPS in vivo . Our description of the under-investigated tongue immune system sets a starting point to facilitate research on tongue immune-physiology and pathology including cancer and taste disorders.

Abstract The newly identified severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) causes COVID-19, a pandemic respiratory disease presenting with fever, cough, and often pneumonia. Moreover, thromboembolic events throughout the body including the central nervous system (CNS) have been described. Given first indication for viral RNA presence in the brain and cerebrospinal fluid and in light of neurological symptoms in a large majority of COVID-19 patients, SARS-CoV-2-penetrance of the CNS is likely. By precisely investigating and anatomically mapping oro- and pharyngeal regions and brains of 32 patients dying from COVID-19, we not only describe CNS infarction due to cerebral thromboembolism, but also demonstrate SARS-CoV-2 neurotropism. SARS-CoV-2 enters the nervous system via trespassing the neuro-mucosal interface in the olfactory mucosa by exploiting the close vicinity of olfactory mucosal and nervous tissue including delicate olfactory and sensitive nerve endings. Subsequently, SARS-CoV-2 follows defined neuroanatomical structures, penetrating defined neuroanatomical areas, including the primary respiratory and cardiovascular control center in the medulla oblongata.

Abstract Myositis with anti-Ku-autoantibodies is a rare inflammatory myopathy associated with various connective tissue diseases. Histopathological studies have identified inflammatory and necrotizing aspects, but a precise morphological analysis and pathomechanistic disease model are lacking. We therefore aimed to carry out an in-depth morpho-molecular analysis to uncover possible pathomechanisms. Muscle biopsy specimens from 26 patients with anti-Ku-antibodies and unequivocal myositis were analyzed by immunohistochemistry, immunofluorescence, transcriptomics, and proteomics and compared to biopsy specimens of non-disease controls, immune-mediated necrotizing myopathy (IMNM), and inclusion body myositis (IBM). Clinical findings and laboratory parameters were evaluated retrospectively and correlated with morphological and molecular features. Patients were mainly female (92%) with a median age of 56.5 years. Isolated myositis and overlap with systemic sclerosis were reported in 31%, respectively. Isolated myositis presented with higher creatine kinase levels and cardiac involvement (83%), whereas systemic sclerosis-overlap patients often had interstitial lung disease (57%). Histopathology showed a wide spectrum from mild to pronounced myositis with diffuse sarcolemmal MHC-class I (100%) and -II (69%) immunoreactivity, myofiber necrosis (88%), endomysial inflammation (85%), thickened capillaries (84%), and vacuoles (60%). Conspicuous sarcoplasmic protein aggregates were p62, BAG3, myotilin, or immunoproteasomal beta5i-positive. Proteomic and transcriptomic analysis identified prominent up-regulation of autophagy, proteasome, and hnRNP-related cell stress. To conclude, Ku + myositis is morphologically characterized by myofiber necrosis, MHC-class I and II positivity, variable endomysial inflammation, and distinct protein aggregation varying from IBM and IMNM, and it can be placed in the spectrum of scleromyositis and overlap myositis. It features characteristic sarcoplasmic protein aggregation on an acquired basis being functionally associated with altered chaperone, proteasome, and autophagy function indicating that Ku + myositis exhibit aspects of an acquired inflammatory protein-aggregate myopathy.