A novel variant of the SARS-CoV-2 virus carrying a point mutation in the Spike protein (D614G) has recently emerged and rapidly surpassed others in prevalence. This mutation is in linkage disequilibrium with an ORF1b protein variant (P314L), making it difficult to discern the functional significance of the Spike D614G mutation from population genetics alone. Here, we perform site-directed mutagenesis on wild-type human-codon-optimized Spike to introduce the D614G variant. Using multiple human cell lines, including human lung epithelial cells, we found that the lentiviral particles pseudotyped with Spike D614G are more effective at transducing cells than ones pseudotyped with wild-type Spike. The increased transduction with Spike D614G ranged from 1.3- to 2.4-fold in Caco-2 and Calu-3 cells expressing endogenous ACE2 and from 1.5- to 7.7-fold in A549 ACE2 and Huh7.5 ACE2 overexpressing ACE2. Furthermore, trans -complementation of SARS-CoV-2 virus with Spike D614G showed an increased infectivity in human cells. Although there is minimal difference in ACE2 receptor binding between the D614 and G614 Spike variants, the G614 variant is more resistant to proteolytic cleavage, suggesting a possible mechanism for the increased transduction.

Abstract A novel isolate of the SARS-CoV-2 virus carrying a point mutation in the Spike protein (D614G) has recently emerged and rapidly surpassed others in prevalence. This mutation is in linkage disequilibrium with an ORF1b protein variant (P314L), making it difficult to discern the functional significance of the Spike D614G mutation from population genetics alone. Here, we perform site-directed mutagenesis to introduce the D614G variant and show that in multiple cell lines, including human lung epithelial cells, that the D614G mutation is up to 8-fold more effective at transducing cells than wild-type. We demonstrate increased infection using both Spike-pseudotyped lentivirus and intact SARS-CoV-2 virus. Although there is minimal difference in ACE2 receptor binding between the Spike variants, we show that the G614 variant is more resistant to proteolytic cleavage in vitro and in human cells, suggesting a possible mechanism for the increased transduction. This result has important implications for the efficacy of Spike-based vaccines currently under development in protecting against this recent and highly-prevalent SARS-CoV-2 isolate.

ABSTRACT Cholesterol dependent cytolysins (CDCs) are a large family of pore forming toxins, produced by numerous gram-positive pathogens. CDCs depend on host membrane cholesterol for pore formation; some CDCs also require surface associated human CD59 (hCD59) for binding, conferring specificity for human cells. We purified a recombinant version of a putative CDC encoded in the genome of Streptococcus oralis subsp. tigurinus , tigurilysin (TGY), and used CRISPR/Cas9 to construct hCD59 knockout (KO) HeLa and JEG-3 cell lines. Cell viability assays with TGY on WT and hCD59 KO cells showed that TGY is a hCD59-dependent CDC. Two variants of TGY exist among S. oralis subsp. tigurinus genomes, only one of which is functional. We discovered that a single amino acid change between these two TGY variants determines its activity. Flow cytometry and oligomerization western blots revealed that the single amino acid difference between the two TGY isoforms disrupts host cell binding and oligomerization. Furthermore, experiments with hCD59 KO cells and cholesterol depleted cells demonstrated that TGY is fully dependent on both hCD59 and cholesterol for activity, unlike other known hCD59-dependent CDCs. Using full-length CDCs and toxin constructs differing only in the binding domain, we determined that having hCD59-dependence leads to increased lysis efficiency, conferring a potential advantage to organisms producing hCD59-dependent CDCs. IMPORTANCE Cholesterol dependent cytolysins (CDCs) are produced by a variety of disease-causing bacteria, and may play a significant role in pathogenesis. Understanding CDC mechanisms of action provides useful information for developing anti-virulence strategies against bacteria that utilize CDCs and other pore-forming toxins in pathogenesis. This study describes for the first time a novel human-specific CDC with an atypical pore forming mechanism compared to known CDCs. In addition, this study demonstrates that human-specificity potentially confers increased lytic efficiency to CDCs. These data provide a possible explanation for the selective advantage of developing hCD59-dependency in CDCs and the consequent host restriction.

SUMMARY Several viruses hijack various forms of endocytosis in order to infect host cells. Here, we report the discovery of a new molecule with antiviral properties that we named virapinib, which limits viral entry by macropinocytosis. The identification of virapinib derives from a chemical screen using High-Throughput Microscopy, where we identified new chemical entities capable of preventing infection with a pseudotype virus expressing the spike (S) protein from SARS-CoV-2. Subsequent experiments confirmed the capacity of virapinib to inhibit infection by SARS-CoV-2, as well as by additional viruses, such as Monkeypox virus and TBEV. Mechanistic analyses revealed that the compound inhibited macropinocytosis, limiting this entry route for the viruses. Importantly, virapinib has no significant toxicity to host cells. In summary, we present a new molecule that inhibits viral entry via the endocytic route, offering a new alternative to prevent viral infection.