As the COVID-19 pandemic continues to spread, investigating the processes underlying the interactions between SARS-CoV-2 and its hosts is of high importance. Here, we report the identification of CD209L/L-SIGN and the related protein CD209/DC-SIGN as receptors capable of mediating SARS-CoV-2 entry into human cells. Immunofluorescence staining of human tissues revealed prominent expression of CD209L in the lung and kidney epithelia and endothelia. Multiple biochemical assays using a purified recombinant SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain (S-RBD) or S1 encompassing both N termal domain and RBD and ectopically expressed CD209L and CD209 revealed that CD209L and CD209 interact with S-RBD. CD209L contains two N-glycosylation sequons, at sites N92 and N361, but we determined that only site N92 is occupied. Removal of the N-glycosylation at this site enhances the binding of S-RBD with CD209L. CD209L also interacts with ACE2, suggesting a role for heterodimerization of CD209L and ACE2 in SARS-CoV-2 entry and infection in cell types where both are present. Furthermore, we demonstrate that human endothelial cells are permissive to SARS-CoV-2 infection, and interference with CD209L activity by a knockdown strategy or with soluble CD209L inhibits virus entry. Our observations demonstrate that CD209L and CD209 serve as alternative receptors for SARS-CoV-2 in disease-relevant cell types, including the vascular system. This property is particularly important in tissues where ACE2 has low expression or is absent and may have implications for antiviral drug development.

As the COVID-19 pandemic continues to spread, investigating the processes underlying the interactions between SARS-CoV-2 and its hosts is of high importance. Here, we report the identification of CD209L/L-SIGN and the related protein CD209/DC-SIGN as receptors capable of mediating SARS-CoV-2 entry into human cells. Immunofluorescence staining of human tissues revealed prominent expression of CD209L in the lung and kidney epithelium and endothelium. Multiple biochemical assays using a purified recombinant SARS-CoV-2 spike receptor binding domain (S-RBD) or S1 encompassing both NTB and RBD and ectopically expressed CD209L and CD209 revealed that CD209L and CD209 interact with S-RBD. CD209L contains two N-glycosylation sequons, at sites N92 and N361, but we determined that only site N92 is occupied. Removal of the N-glycosylation at this site enhances the binding of S-RBD with CD209L. CD209L also interacts with ACE2, suggesting a role for heterodimerization of CD209L and ACE2 in SARS-CoV-2 entry and infection in cell types where both are present. Furthermore, we demonstrate that human endothelial cells are permissive to SARS-CoV-2 infection and interference with CD209L activity by knockdown strategy or with soluble CD209L inhibits virus entry. Our observations demonstrate that CD209L and CD209 serve as alternative receptors for SARS-CoV-2 in disease-relevant cell types, including the vascular system. This property is particularly important in tissues where ACE2 has low expression or is absent, and may have implications for antiviral drug development.

Abstract Exacerbated and persistent innate immune response marked by pro-inflammatory cytokine expression is thought to be a major driver of chronic COVID-19 pathology. Although macrophages are not the primary target cells of SARS-CoV-2 infection in humans, viral RNA and antigens in activated monocytes and macrophages have been detected in post-mortem samples, and dysfunctional monocytes and macrophages have been hypothesized to contribute to a protracted hyper-inflammatory state in COVID-19 patients. In this study, we demonstrate that CD169, a myeloid cell specific I-type lectin, facilitated ACE2-independent SARS-CoV-2 fusion and entry in macrophages. CD169- mediated SARS-CoV-2 entry in macrophages resulted in expression of viral genomic and sub-genomic (sg) RNAs with minimal viral protein expression and no infectious viral particle release, suggesting a post-entry restriction of the SARS-CoV-2 replication cycle. Intriguingly this post-entry replication block was alleviated by exogenous ACE2 expression in macrophages. Restricted expression of viral gRNA and sgRNA in CD169 + macrophages elicited a pro-inflammatory cytokine expression (TNFα, IL-6 and IL-1β) in a RIG-I, MDA-5 and MAVS-dependent manner, which was suppressed by remdesivir pre- treatment. These findings suggest that de novo expression of SARS-CoV-2 RNA in macrophages contributes to the pro-inflammatory cytokine signature and that blocking CD169-mediated ACE2 independent infection and subsequent activation of macrophages by viral RNA might alleviate COVID-19-associated hyperinflammatory response. Author Summary Over-exuberant production of pro-inflammatory cytokine expression by macrophages has been hypothesized to contribute to severity of COVID-19 disease. Molecular mechanisms that contribute to macrophage-intrinsic immune activation during SARS- CoV-2 infection are not fully understood. Here we show that CD169, a macrophage- specific sialic-acid binding lectin, facilitates abortive SARS-CoV-2 infection of macrophages that results in innate immune sensing of viral replication intermediates and production of proinflammatory responses. We identify an ACE2-independent, CD169- mediated endosomal viral entry mechanism that results in cytoplasmic delivery of viral capsids and initiation of virus replication, but absence of infectious viral production. Restricted viral replication in CD169 + macrophages and detection of viral genomic and sub-genomic RNAs by cytoplasmic RIG-I-like receptor family members, RIG-I and MDA5, and initiation of downstream signaling via the adaptor protein MAVS, was required for innate immune activation. These studies uncover mechanisms important for initiation of innate immune sensing of SARS-CoV-2 infection in macrophages, persistent activation of which might contribute to severe COVID-19 pathophysiology.

Abstract Identification of host factors contributing to replication of viruses and resulting disease progression remains a promising approach for development of new therapeutics. Here, we evaluated 6710 clinical and preclinical compounds targeting 2183 host proteins by immunocytofluorescence-based screening to identify SARS-CoV-2 infection inhibitors. Computationally integrating relationships between small molecule structure, dose-response antiviral activity, host target and cell interactome networking produced cellular networks important for infection. This analysis revealed 389 small molecules, >12 scaffold classes and 813 host targets with micromolar to low nanomolar activities. From these classes, representatives were extensively evaluated for mechanism of action in stable and primary human cell models, and additionally against Beta and Delta SARS-CoV-2 variants and MERS-CoV. One promising candidate, obatoclax, significantly reduced SARS-CoV-2 viral lung load in mice. Ultimately, this work establishes a rigorous approach for future pharmacological and computational identification of novel host factor dependencies and treatments for viral diseases.

Abstract Substance use disorders (SUD) and drug addiction are major threats to public health, impacting not only the millions of individuals struggling with SUD, but also surrounding families and communities. One of the seminal challenges in treating and studying addiction in human populations is the high prevalence of co-morbid conditions, including an increased risk of contracting a human immunodeficiency virus (HIV) infection. Of the ~15 million people who inject drugs globally, 17% are persons with HIV. Conversely, HIV is a risk factor for SUD because chronic pain syndromes, often encountered in persons with HIV, can lead to an increased use of opioid pain medications that in turn can increase the risk for opioid addiction. We hypothesize that SUD and HIV exert shared effects on brain cell types, including adaptations related to neuroplasticity, neurodegeneration, and neuroinflammation. Basic research is needed to refine our understanding of these affected cell types and adaptations. Studying the effects of SUD in the context of HIV at the single-cell level represents a compelling strategy to understand the reciprocal interactions among both conditions, made feasible by the availability of large, extensively-phenotyped human brain tissue collections that have been amassed by the Neuro-HIV research community. In addition, sophisticated animal models that have been developed for both conditions provide a means to precisely evaluate specific exposures and stages of disease. We propose that single-cell genomics is a uniquely powerful technology to characterize the effects of SUD and HIV in the brain, integrating data from human cohorts and animal models. We have formed the Single-Cell Opioid Responses in the Context of HIV (SCORCH) consortium to carry out this strategy.

Low-levels of type I interferons (IFN-I) are thought to be a driving force for immune activation and T cell exhaustion in HIV-1 infected individuals on highly active antiretroviral therapy (HAART), though the causative mechanisms for persistent IFN-I signaling have remained unclear. Here, we show Rev-CRM1 dependent nuclear export and peripheral membrane association of intron-containing HIV-1 unspliced RNA (usRNA), independent of primary viral sequence or viral protein expression, is subject to sensing, and results in IFN-I-dependent pro-inflammatory responses in macrophages. Our findings suggest that persistent expression of HIV-1 usRNA in macrophages contributes to chronic immune activation and that use of HIV RNA expression inhibitors as adjunct therapy might abrogate aberrant inflammation and restore immune function in HIV-infected individuals on HAART.

A major barrier to curing HIV is the long-lived latent reservoir that supports re-emergence of HIV upon treatment interruption. Targeting this reservoir will require mechanistic insights into the establishment and maintenance of HIV latency. Whether T cell signaling at the time of HIV-1 infection influences productive replication or latency is not fully understood. We used a panel of chimeric antigen receptors (CARs) with different ligand binding affinities to induce a range of signaling strengths to model differential T cell receptor signaling at the time of HIV-1 infection. Stimulation of T cell lines or primary CD4+ T cells expressing chimeric antigen receptors supported HIV-1 infection regardless of affinity for ligand; however, only signaling by the highest affinity receptor facilitated HIV-1 expression. Activation of chimeric antigen receptors that had intermediate and low binding affinities did not support provirus transcription, suggesting that a minimal signal is required for optimal HIV-1 expression. In addition, strong signaling at the time of infection produced a latent population that was readily inducible, whereas latent cells generated in response to weaker signals were not easily reversed. Chromatin immunoprecipitation showed HIV-1 transcription was limited by transcriptional elongation and that robust signaling decreased the presence of negative elongation factor, a pausing factor, by more than 80%. These studies demonstrate that T cell signaling influences HIV-1 infection and the establishment of different subsets of latently infected cells, which may have implications for targeting the HIV reservoir.

Despite effective antiretroviral therapy (ART), transcriptionally competent HIV-1 reservoirs persist and contribute to persistent immune activation in people living with HIV (PWH). HIV-1-infected macrophages are important mediators of chronic innate immune activation, though mechanisms remain unclear. We previously reported that nuclear export and cytoplasmic expression of HIV-1 intron-containing RNA (icRNA) activates mitochondrial antiviral signaling protein (MAVS)-mediated type I interferon (IFN) responses in macrophages. In this study, we demonstrate an essential role of melanoma differentiation-associated protein 5 (MDA5) in sensing HIV-1 icRNA and promoting MAVS-dependent IRF5 activation in macrophages. Suppression of MDA5, but not RIG-I expression nor disruption of endosomal TLR pathway, abrogated HIV-1 icRNA-induced type I IFN responses and IP-10 expression in macrophages. Furthermore, induction of IP-10 in macrophages upon HIV-1 icRNA sensing by MDA5 was uniquely dependent on IRF5. Additionally, monocytes and MDMs from older (>50 years) individuals exhibit constitutively higher levels of IRF5 expression compared to younger (<35 years) individuals, and HIV-1 icRNA induced IP-10 expression was significantly enhanced in older macrophages, which was attenuated upon ablation of IRF5 expression suggesting that IRF5 functions as a major mediator of pro-inflammatory response downstream of MDA5-dependent HIV-1 icRNA sensing, dysregulation of which might contribute to chronic inflammation in older PWH.