The neurotropism of SARS-CoV-2 and the phenotypes of infected neurons are still in debate. Long COVID manifests with "brain diseases" and the cause of these brain dysfunction is mysterious. Here, we analyze 34 age- and underlying disease-matched COVID-19 or non-COVID-19 human brains. SARS-CoV-2 RNA, nucleocapsid, and spike proteins are present in neurons of the cognitive centers of all COVID-19 patients, with its non-structural protein NSF2 detected in adult cases but not in the infant case, indicating viral replications in mature neurons. In adult COVID-19 patients without underlying neurodegeneration, SARS-CoV-2 infection triggers Aβ and p-tau deposition, degenerating neurons, microglia activation, and increased cytokine, in some cases with Aβ plaques and p-tau pretangles. The number of SARS-CoV-2 + cells is higher in patients with neurodegenerative diseases than in those without such conditions. SARS-CoV-2 further activates microglia and induces Aβ and p-tau deposits in non-Alzheimer's neurodegenerative disease patients. SARS-CoV-2 infects mature neurons derived from inducible pluripotent stem cells from healthy and Alzheimer's disease (AD) individuals through its receptor ACE2 and facilitator neuropilin-1. SARS-CoV-2 triggers AD-like gene programs in healthy neurons and exacerbates AD neuropathology. An AD infectious etiology gene signature is identified through SARS-CoV-2 infection and silencing the top three downregulated genes in human primary neurons recapitulates the neurodegenerative phenotypes of SARS-CoV-2. Thus, our data suggest that SARS-CoV-2 invades the brain and activates an AD-like program.

Recently approved vaccines have already shown remarkable protection in limiting SARS-CoV-2 associated disease. However, immunologic mechanism(s) of protection, as well as how boosting alters immunity to wildtype and newly emerging strains, remain incompletely understood. Here we deeply profiled the humoral immune response in a cohort of non-human primates immunized with a stable recombinant full-length SARS-CoV-2 spike (S) glycoprotein (NVX-CoV2373) at two dose levels, administered as a single or two-dose regimen with a saponin-based adjuvant Matrix-M™. While antigen dose had some effect on Fc-effector profiles, both antigen dose and boosting significantly altered overall titers, neutralization and Fc-effector profiles, driving unique vaccine-induced antibody fingerprints. Combined differences in antibody effector functions and neutralization were strongly associated with distinct levels of protection in the upper and lower respiratory tract, pointing to the presence of combined, but distinct, compartment-specific neutralization and Fc-mechanisms as key determinants of protective immunity against infection. Moreover, NVX-CoV2373 elicited antibodies functionally target emerging SARS-CoV-2 variants, collectively pointing to the critical collaborative role for Fab and Fc in driving maximal protection against SARS-CoV-2. Collectively, the data presented here suggest that a single dose may prevent disease, but that two doses may be essential to block further transmission of SARS-CoV-2 and emerging variants.NVX-CoV2373 subunit vaccine elicits receptor blocking, virus neutralizing antibodies, and Fc-effector functional antibodies.The vaccine protects against respiratory tract infection and virus shedding in non-human primates (NHPs).Both neutralizing and Fc-effector functions contribute to protection, potentially through different mechanisms in the upper and lower respiratory tract.Both macaque and human vaccine-induced antibodies exhibit altered Fc-receptor binding to emerging mutants.

Abstract The severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) continues to spread globally. As SARS-CoV-2 has transmitted from person to person, variant viruses have emerged with elevated transmission rates and higher risk of infection for vaccinees. We present data showing that a recombinant prefusion-stabilized Spike (rS) protein based on the B.1.351 sequence (rS-B.1.351) was highly immunogenic in mice and produced neutralizing antibodies against SARS-CoV-2/WA1, B.1.1.7, and B.1.351. Mice vaccinated with our prototype vaccine NVX-CoV2373 (rS-WU1) or rS-B.1.351 alone, in combination, or as a heterologous prime boost, were protected when challenged with live SARS-CoV-2/B.1.1.7 or SARS-CoV-2/B.1.351. Virus titer was reduced to undetectable levels in the lungs post-challenge in all vaccinated mice, and Th1-skewed cellular responses were observed. A strong anamnestic response was demonstrated in baboons boosted with rS-B.1.351 approximately one year after immunization with NVX-CoV2373 (rS-WU1). An rS-B.1.351 vaccine alone or in combination with prototype rS-WU1 induced protective antibody- and cell-mediated responses that were protective against challenge with SARS-CoV-2 variant viruses.

ABSTRACT The current COVID-19 pandemic highlights the need for broad-spectrum antiviral therapeutics. Here we describe a new class of self-assembling immunostimulatory short duplex RNAs that potently induce production of type I and type III interferon (IFN-I and IFN-III), in a wide range of human cell types. These RNAs require a minimum of 20 base pairs, lack any sequence or structural characteristics of known immunostimulatory RNAs, and instead require a unique conserved sequence motif (sense strand: 5’-C, antisense strand: 3’-GGG) that mediates end-to-end dimer self-assembly of these RNAs by Hoogsteen G-G base-pairing. The presence of terminal hydroxyl or monophosphate groups, blunt or overhanging ends, or terminal RNA or DNA bases did not affect their ability to induce IFN. Unlike previously described immunostimulatory siRNAs, their activity is independent of TLR7/8, but requires the RIG-I/IRF3 pathway that induces a more restricted antiviral response with a lower proinflammatory signature compared with poly(I:C). Immune stimulation mediated by these duplex RNAs results in broad spectrum inhibition of infections by many respiratory viruses with pandemic potential, including SARS-CoV-2, SARS-CoV, MERS-CoV, and influenza A, as well as the common cold virus HCoV-NL63 in both cell lines and human Lung Chips that mimic organ-level lung pathophysiology. These short dsRNAs can be manufactured easily, and thus potentially could be harnessed to produce broad-spectrum antiviral therapeutics at low cost.

Summary Ebola virus (EBOV) causes epidemics with high case fatality rates, yet remains understudied due to the challenge of experimentation in high-containment and outbreak settings. To better understand EBOV infection in vivo , we used single-cell transcriptomics and CyTOF-based single-cell protein quantification to characterize peripheral immune cell activity during EBOV infection in rhesus monkeys. We obtained 100,000 transcriptomes and 15,000,000 protein profiles, providing insight into pathogenesis. We find that immature, proliferative monocyte-lineage cells with reduced antigen presentation capacity replace conventional circulating monocyte subsets within days of infection, while lymphocytes upregulate apoptosis genes and decline in abundance. By quantifying viral RNA abundance in individual cells, we identify molecular determinants of tropism and examine temporal dynamics in viral and host gene expression. Within infected cells, we observe that EBOV down-regulates STAT1 mRNA and interferon signaling, and up-regulates putative pro-viral genes (e.g., DYNLL1 and HSPA5 ), nominating cellular pathways the virus manipulates for its replication. Overall, this study sheds light on EBOV tropism, replication dynamics, and elicited immune response, and provides a framework for characterizing interactions between hosts and emerging viruses in a maximum containment setting.

Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus-2 (SARS-CoV-2), the causative agent of Coronavirus disease 2019 (COVID-19), emerged in Wuhan, China, in December 2019. As of October 2022, there have been over 625 million confirmed cases of COVID-19, including over 6.5 million deaths. Epidemiological studies have indicated that comorbidities of obesity and diabetes mellitus are associated with increased morbidity and mortality following SARS-CoV-2 infection. We determined how the comorbidities of obesity and diabetes affect morbidity and mortality following SARS-CoV-2 infection in unvaccinated and adjuvanted spike nanoparticle (NVX-CoV2373) vaccinated mice. We find that obese/diabetic mice infected with SARS-CoV-2 have increased morbidity and mortality compared to age matched normal mice. Mice fed a high-fat diet (HFD) then vaccinated with NVX-CoV2373 produce equivalent neutralizing antibody titers to those fed a normal diet (ND). However, the HFD mice have reduced viral clearance early in infection. Analysis of the inflammatory immune response in HFD mice demonstrates a recruitment of neutrophils that was correlated with increased mortality and reduced clearance of the virus. Depletion of neutrophils in diabetic/obese vaccinated mice reduced disease severity and protected mice from lethality. This model recapitulates the increased disease severity associated with obesity and diabetes in humans with COVID-19 and is an important comorbidity to study with increasing obesity and diabetes across the world.

ABSTRACT With much of the world infected with or vaccinated against SARS-CoV-2, understanding the immune responses to the SARS-CoV-2 spike (S) protein in different situations is crucial to controlling the pandemic. We studied the clinical, systemic, mucosal, and cellular responses to two doses of SARS-CoV-2 mRNA vaccines in 62 individuals with and without prior SARS-CoV-2 exposure that were divided into three groups based on serostatus and/or degree of symptoms: Antibody negative, Asymptomatic, and Symptomatic. In the previously SARS-CoV-2-infected (SARS2-infected) Asymptomatic and Symptomatic groups, symptoms related to a recall response were elicited after the first vaccination. Anti-S trimer IgA and IgG levels peaked after 1 st vaccination in the SARS2-infected groups, and were higher that the in the SARS2-naive group in the plasma and nasal samples at all time points. Neutralizing antibodies titers were also higher against the WA-1 and B.1.617.2 (Delta) variants of SARS-CoV-2 in the SARS2-infected compared to SARS2-naïve vaccinees. After the first vaccination, differences in cellular immunity were not evident between groups, but the AIM + CD4 + cell response correlated with durability of humoral immunity against the SARS-CoV-2 S protein. In those SARS2-infected, the number of vaccinations needed for protection, the durability, and need for boosters are unknown. However, the lingering differences between the SARS2-infected and SARS2-naïve up to 10 months post-vaccination could explain the decreased reinfection rates in the SARS2-infected vaccinees recently reported and suggests that additional strategies (such as boosting of the SARS2-naïve vaccinees) are needed to narrow the differences observed between these groups.

ABSTRACT Enterovirus D68 is a re-emerging enterovirus that causes acute respiratory illness in infants and has recently been linked to Acute Flaccid Myelitis. Here, we show that the histone deacetylase, SIRT-1, is essential for autophagy and EV-D68 infection. Knockdown of SIRT-1 inhibits autophagy and reduces EV-D68 extracellular titers. The proviral activity of SIRT-1 does not require its deacetylase activity or functional autophagy. SIRT-1’s proviral activity is, we demonstrate, mediated through the repression of ER stress. Inducing ER stress through thapsigargin treatment or SERCA2A knockdown in SIRT-1 knockdown cells had no additional effect on EV-D68 extracellular titers. Knockdown of SIRT-1 also decreases poliovirus and SARS-CoV-2 titers but not coxsackievirus B3. In non-lytic conditions, EV-D68 is primarily released in an enveloped form, and SIRT-1 is required for this process. Our data show that SIRT-1, through its translocation to the cytosol, is critical to promote the release of enveloped EV-D68 viral particles.

SARS-CoV-2 emerged in China at the end of 2019 and has rapidly become a pandemic with roughly 2.7 million recorded COVID-19 cases and greater than 189,000 recorded deaths by April 23rd, 2020 (www.WHO.org). There are no FDA approved antivirals or vaccines for any coronavirus, including SARS-CoV-2. Current treatments for COVID-19 are limited to supportive therapies and off-label use of FDA approved drugs. Rapid development and human testing of potential antivirals is greatly needed. A quick way to test compounds with potential antiviral activity is through drug repurposing. Numerous drugs are already approved for human use and subsequently there is a good understanding of their safety profiles and potential side effects, making them easier to fast-track to clinical studies in COVID-19 patients. Here, we present data on the antiviral activity of 20 FDA approved drugs against SARS-CoV-2 that also inhibit SARS-CoV and MERS-CoV. We found that 17 of these also inhibit SARS-CoV-2 at a range of IC50 values at non-cytotoxic concentrations. We directly follow up with 7 of these to demonstrate all are capable of inhibiting infectious SARS-CoV-2 production. Moreover, we have evaluated two of these, chloroquine and chlorpromazine in vivo using a mouse-adapted SARS-CoV model and found both drugs protect mice from clinical disease.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Rapidly spreading viral pandemics, such as those caused by influenza and SAR-CoV-2 (COVID19), require rapid action and the fastest way to combat this challenge is by repurposing existing drugs as anti-viral therapeutics. Here we first show that human organ-on-a-chip (Organ Chip) microfluidic culture devices lined by a highly differentiated, primary, human lung airway epithelium cultured under an air-liquid interface and fed by continuous medium flow can be used to model virus entry, replication, strain-dependent virulence, host cytokine production, and recruitment of circulating immune cells in response to infection by influenza, as well as effects of existing and novel therapeutics. These Airway Chips, which contain human lung epithelial cells that express high levels of ACE2 and TMPRSS2, were then used to assess the inhibitory activities of 7 clinically approved drugs (chloroquine, arbidol, toremifene, clomiphene, amodiaquine, verapamil, and amiodarone) that we found inhibit infection by viral pseudoparticles expressing SARS-CoV-2 spike protein in human Huh-7 cells, and others recently showed suppress infection by native SARS-CoV-2 in Vero cells. However, when these drugs were administered under flow at the maximal concentration in blood reported in clinical studies in human Airway Chips, only two of these drugs - amodiaquine and toremifene - significantly inhibited entry of the pseudotyped SARS-CoV-2 virus. This work suggests that human Organ Chip technology may be used in conjunction with existing rapid cell-based screening assays to study human disease pathogenesis and expedite drug repurposing in biothreat crises caused by pandemic viruses.### Competing Interest StatementD.E.I. is a founder and holds equity in Emulate Inc., and chairs its advisory board. D.E.I., L. S., R. P., K. H. B., H. B., and M. R. are inventors on relevant patent applications submitted by Harvard University.