Abstract Image-based profiling has emerged as a powerful technology for various steps in basic biological and pharmaceutical discovery, but the community has lacked a large, public reference set of data from chemical and genetic perturbations. Here we present data generated by the Joint Undertaking for Morphological Profiling (JUMP)-Cell Painting Consortium, a collaboration between 10 pharmaceutical companies, six supporting technology companies, and two non-profit partners. When completed, the dataset will contain images and profiles from the Cell Painting assay for over 116,750 unique compounds, over-expression of 12,602 genes, and knockout of 7,975 genes using CRISPR-Cas9, all in human osteosarcoma cells (U2OS). The dataset is estimated to be 115 TB in size and capturing 1.6 billion cells and their single-cell profiles. File quality control and upload is underway and will be completed over the coming months at the Cell Painting Gallery: https://registry.opendata.aws/cellpainting-gallery . A portal to visualize a subset of the data is available at https://phenaid.ardigen.com/jumpcpexplorer/ .

Abstract H-1 parvovirus (H-1PV) is a promising anticancer therapy. However, in-depth understanding of its life cycle, including the host cell factors needed for infectivity and oncolysis, is lacking. This understanding may guide the rational design of combination strategies, aid development of more effective viruses, and help identify biomarkers of susceptibility to H-1PV treatment. To identify the host cell factors involved, we carry out siRNA library screening using a druggable genome library. We identify one crucial modulator of H-1PV infection: laminin γ1 ( LAMC1 ). Using loss- and gain-of-function studies, competition experiments, and ELISA, we validate LAMC1 and laminin family members as being essential to H-1PV cell attachment and entry. H-1PV binding to laminins is dependent on their sialic acid moieties and is inhibited by heparin. We show that laminins are differentially expressed in various tumour entities, including glioblastoma. We confirm the expression pattern of laminin γ1 in glioblastoma biopsies by immunohistochemistry. We also provide evidence of a direct correlation between LAMC1 expression levels and H-1PV oncolytic activity in 59 cancer cell lines and in 3D organotypic spheroid cultures with different sensitivities to H-1PV infection. These results support the idea that tumours with elevated levels of γ1 containing laminins are more susceptible to H-1PV-based therapies.

Phelan-McDermid syndrome (PMDS) arises from mutations in the terminal region of chromosome 22q13, impacting the SHANK3 gene. The resulting deficiency of the postsynaptic density scaffolding protein SHANK3 is associated with autism spectrum disorder (ASD). We examined 12 different PMDS patient and CRISPR-engineered stem cell-derived neuronal models and controls and found that reduced expression of SHANK3 leads to neuronal hyperdifferentiation, increased synapse formation, and decreased neuronal activity. We performed automated imaging-based screening of 7,120 target-annotated small molecules and identified three compounds that rescued SHANK3-dependent neuronal hyperdifferentiation. One compound, Benproperine, rescued the decreased colocalization of Actin Related Protein 2/3 Complex Subunit 2 (ARPC2) with β-actin and rescued increased synapse formation in SHANK3 deficient neurons when administered early during differentiation. Neuronal activity was only mildly affected, highlighting Benproperine9s effects as a neurodevelopmental modulator. This study demonstrates that small molecular compounds that reverse developmental phenotypes can be identified in human neuronal PMDS models.

Micro (mi)RNAs are small regulatory RNAs, which act as guide for the RISC complex to modulate the expression of target genes. In addition to their role in maintaining essential physiological functions in the cell, miRNAs can also regulate viral infections. They can do so directly by targeting RNAs of viral origin or indirectly by targeting RNAs from the host and this can result in a positive or negative outcome for the virus. Here, we performed a miRNA genome-wide screen in order to identify cellular miRNAs involved in the regulation of arbovirus infection in human cells. We identified sixteen miRNAs showing a positive effect on the virus, among which a number of neuron-specific ones such as miR-124. We confirmed that overexpression of miR-124 increases Sindbis virus (SINV) viral production and that this effect is mediated by its seed sequence. We further demonstrated that the SINV genome possesses a binding site for miR-124-3p. Both inhibition of miR-124-3p or silent mutations to disrupt this binding site in the viral RNA abolished the positive regulation. We also proved that miR-124 inhibition reduces SINV infection in human differentiated neuronal cells. Finally, we showed that the proviral effect of miR-124 is conserved for other medically relevant alphaviruses. Indeed, inhibition of miR-124 expression reduces chikungunya virus (CHIKV) viral production in human cells. Altogether, our work expands the panel of positive regulation of the viral cycle by direct binding of host miRNAs to the viral RNA and provides new insights into the role of cellular miRNAs as regulators of alphavirus infection.

Abstract Phelan-McDermid syndrome (PMDS) arises from mutations in the terminal region of chromosome 22q13, impacting the SHANK3 gene. The resulting deficiency of the postsynaptic density scaffolding protein SHANK3 is associated with autism spectrum disorder (ASD). We examined 12 different PMDS patient and CRISPR-engineered stem cell-derived neuronal models and controls and found that reduced expression of SHANK3 leads to neuronal hyperdifferentiation, increased synapse formation, and decreased neuronal activity. We performed automated imaging-based screening of 7,120 target-annotated small molecules and identified three compounds that rescued SHANK3-dependent neuronal hyperdifferentiation. One compound, Benproperine, rescued the decreased colocalization of Actin Related Protein 2/3 Complex Subunit 2 (ARPC2) with ß-actin and rescued increased synapse formation in SHANK3 deficient neurons when administered early during differentiation. Neuronal activity was only mildly affected, highlighting Benproperine’s effects as a neurodevelopmental modulator. This study demonstrates that small molecular compounds that reverse developmental phenotypes can be identified in human neuronal PMDS models.

Abstract Parkinson’s disease (PD) is the second most common neurodegenerative disease and is characterized by the loss of midbrain dopaminergic neurons. Endocrine disruptors (EDs) are active substances that interfere with hormonal signaling. Among EDs, bisphenols (BPs) and perfluoroalkyls (PFs) are chemicals leached from plastics and other household products, and humans are unavoidably exposed to these xenobiotics. Data from animal studies suggest that ED exposure may play a role in PD, but data about the effect of BPs and PFs on human models of the nervous system are lacking. Previous studies demonstrated that machine learning (ML) applied to microscopy data can classify different cell phenotypes based on image features. In this study, the effect of BPs and PFs at different concentrations within the real-life exposure range (0.01, 0.1, 1, and 2 μM) on the phenotypic profile of human stem cell-derived midbrain dopaminergic neurons (mDANs) was analyzed. Cells exposed for 72 hours to the xenobiotics were stained with neuronal markers and evaluated using high content microscopy yielding 126 different phenotypic features. Two different ML models (XGBoost and LightGBM) were trained to classify ED-treated versus control mDANs. ED-treated mDANs were identified with high accuracy (0.92). Assessment of the phenotypic feature contribution to the classification showed that EDs induced a significant increase of alpha-synuclein (αSyn) and tyrosine hydroxylase (TH) staining intensity within the neurons. Moreover, microtubule-associated protein 2 (MAP2) neurite length and branching were significantly diminished in treated neurons. Our study shows that human mDANs are adversely impacted by exposure to EDs, causing their phenotype to shift and exhibit more characteristics of PD. Importantly, ML-supported high-content imaging can identify concrete but subtle subcellular phenotypic changes that can be easily overlooked by visual inspection alone and that define EDs effects in mDANs, thus enabling further pathological characterization in the future.