The SARS-coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike (S) protein mediates viral entry into cells expressing the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2). The S protein engages ACE2 through its receptor-binding domain (RBD), an independently folded 197-amino acid fragment of the 1273-amino acid S-protein protomer. The RBD is the primary SARS-CoV-2 neutralizing epitope and a critical target of any SARS-CoV-2 vaccine. Here we show that this RBD conjugated to each of two carrier proteins elicited more potent neutralizing responses in immunized rodents than did a similarly conjugated proline-stabilized S-protein ectodomain. Nonetheless, the native RBD expresses inefficiently, limiting its usefulness as a vaccine antigen. However, we show that an RBD engineered with four novel glycosylation sites (gRBD) expresses markedly more efficiently, and generates a more potent neutralizing responses as a DNA vaccine antigen, than the wild-type RBD or the full-length S protein, especially when fused to multivalent carriers such as an H. pylori ferritin 24-mer. Further, gRBD is more immunogenic than the wild-type RBD when administered as a subunit protein vaccine. Our data suggest that multivalent gRBD antigens can reduce costs and doses, and improve the immunogenicity, of all major classes of SARS-CoV-2 vaccines.

RNA viruses continue to remain a clear and present threat for potential pandemics due to their rapid evolution. To mitigate their impact, we urgently require antiviral agents that can inhibit multiple families of disease-causing viruses, such as arthropod-borne and respiratory pathogens. Potentiating host antiviral pathways can prevent or limit viral infections before escalating into a major outbreak. Therefore, it is critical to identify broad-spectrum antiviral agents. We have tested a small library of innate immune agonists targeting pathogen recognition receptors, including TLRs, STING, NOD, Dectin and cytosolic DNA or RNA sensors. We observed that TLR3, STING, TLR8 and Dectin-1 ligands inhibited arboviruses, Chikungunya virus (CHIKV), West Nile virus (WNV) and Zika virus, to varying degrees. Cyclic dinucleotide (CDN) STING agonists, such as cAIMP, diABZI, and 2',3'-cGAMP, and Dectin-1 agonist scleroglucan, demonstrated the most potent, broad-spectrum antiviral function. Comparative transcriptome analysis revealed that CHIKV-infected cells had larger number of differentially expressed genes than of WNV and ZIKV. Furthermore, gene expression analysis showed that cAIMP treatment rescued cells from CHIKV-induced dysregulation of cell repair, immune, and metabolic pathways. In addition, cAIMP provided protection against CHIKV in a CHIKV-arthritis mouse model. Cardioprotective effects of synthetic STING ligands against CHIKV, WNV, SARS-CoV-2 and enterovirus D68 (EV-D68) infections were demonstrated using human cardiomyocytes. Interestingly, the direct-acting antiviral drug remdesivir, a nucleoside analogue, was not effective against CHIKV and WNV, but exhibited potent antiviral effects against SARS-CoV-2, RSV (respiratory syncytial virus), and EV-D68. Our study identifies broad-spectrum antivirals effective against multiple families of pandemic potential RNA viruses, which can be rapidly deployed to prevent or mitigate future pandemics.

The SARS-coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike (S) protein mediates entry of SARS-CoV-2 into cells expressing the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2). The S protein engages ACE2 through its receptor-binding domain (RBD), an independently folded 197-amino acid fragment of the 1273-amino acid S-protein protomer. Antibodies to the RBD domain of SARS-CoV (SARS-CoV-1), a closely related coronavirus which emerged in 2002-2003, have been shown to potently neutralize SARS-CoV-1 S-protein-mediated entry, and the presence of anti-RBD antibodies correlates with neutralization in SARS-CoV-2 convalescent sera. Here we show that immunization with the SARS-CoV-2 RBD elicits a robust neutralizing antibody response in rodents, comparable to 100 μg/ml of ACE2-Ig, a potent SARS-CoV-2 entry inhibitor. Importantly, anti-sera from immunized animals did not mediate antibody-dependent enhancement (ADE) of S-protein-mediated entry under conditions in which Zika virus ADE was readily observed. These data suggest that an RBD-based vaccine for SARS-CoV-2 could be safe and effective.