Neutralizing antibodies have become an important tool in treating infectious diseases. Recently, two separate approaches yielded successful antibody treatments for Ebola-one from genetically humanized mice and the other from a human survivor. Here, we describe parallel efforts using both humanized mice and convalescent patients to generate antibodies against the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike protein, which yielded a large collection of fully human antibodies that were characterized for binding, neutralization, and three-dimensional structure. On the basis of these criteria, we selected pairs of highly potent individual antibodies that simultaneously bind the receptor binding domain of the spike protein, thereby providing ideal partners for a therapeutic antibody cocktail that aims to decrease the potential for virus escape mutants that might arise in response to selective pressure from a single-antibody treatment.

BackgroundNVX-CoV2373 is a recombinant severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (rSARS-CoV-2) nanoparticle vaccine composed of trimeric full-length SARS-CoV-2 spike glycoproteins and Matrix-M1 adjuvant.MethodsWe initiated a randomized, placebo-controlled, phase 1–2 trial to evaluate the safety and immunogenicity of the rSARS-CoV-2 vaccine (in 5-μg and 25-μg doses, with or without Matrix-M1 adjuvant, and with observers unaware of trial-group assignments) in 131 healthy adults. In phase 1, vaccination comprised two intramuscular injections, 21 days apart. The primary outcomes were reactogenicity; laboratory values (serum chemistry and hematology), according to Food and Drug Administration toxicity scoring, to assess safety; and IgG anti–spike protein response (in enzyme-linked immunosorbent assay [ELISA] units). Secondary outcomes included unsolicited adverse events, wild-type virus neutralization (microneutralization assay), and T-cell responses (cytokine staining). IgG and microneutralization assay results were compared with 32 (IgG) and 29 (neutralization) convalescent serum samples from patients with Covid-19, most of whom were symptomatic. We performed a primary analysis at day 35.ResultsAfter randomization, 83 participants were assigned to receive the vaccine with adjuvant and 25 without adjuvant, and 23 participants were assigned to receive placebo. No serious adverse events were noted. Reactogenicity was absent or mild in the majority of participants, more common with adjuvant, and of short duration (mean, ≤2 days). One participant had mild fever that lasted 1 day. Unsolicited adverse events were mild in most participants; there were no severe adverse events. The addition of adjuvant resulted in enhanced immune responses, was antigen dose–sparing, and induced a T helper 1 (Th1) response. The two-dose 5-μg adjuvanted regimen induced geometric mean anti-spike IgG (63,160 ELISA units) and neutralization (3906) responses that exceeded geometric mean responses in convalescent serum from mostly symptomatic Covid-19 patients (8344 and 983, respectively).ConclusionsAt 35 days, NVX-CoV2373 appeared to be safe, and it elicited immune responses that exceeded levels in Covid-19 convalescent serum. The Matrix-M1 adjuvant induced CD4+ T-cell responses that were biased toward a Th1 phenotype. (Funded by the Coalition for Epidemic Preparedness Innovations; ClinicalTrials.gov number, NCT04368988).

ABSTRACT The severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) is highly pathogenic in humans, with a death rate near 10%. This high pathogenicity suggests that SARS-CoV has developed mechanisms to overcome the host innate immune response. It has now been determined that SARS-CoV open reading frame (ORF) 3b, ORF 6, and N proteins antagonize interferon, a key component of the innate immune response. All three proteins inhibit the expression of beta interferon (IFN-β), and further examination revealed that these SARS-CoV proteins inhibit a key protein necessary for the expression of IFN-β, IRF-3. N protein dramatically inhibited expression from an NF-κB-responsive promoter. All three proteins were able to inhibit expression from an interferon-stimulated response element (ISRE) promoter after infection with Sendai virus, while only ORF 3b and ORF 6 proteins were able to inhibit expression from the ISRE promoter after treatment with interferon. This indicates that N protein inhibits only the synthesis of interferon, while ORF 3b and ORF 6 proteins inhibit both interferon synthesis and signaling. ORF 6 protein, but not ORF 3b or N protein, inhibited nuclear translocation but not phosphorylation of STAT1. Thus, it appears that these three interferon antagonists of SARS-CoV inhibit the interferon response by different mechanisms.

The current outbreak of the pandemic coronavirus disease 2019 (COVID-19) caused by the severe acute respiratory syndrome-coronavirus-2 (SARS-CoV-2) demands its rapid, convenient, and large-scale diagnosis to downregulate its spread within as well as across the communities. But the reliability, reproducibility, and selectivity of majority of such diagnostic tests fail when they are tested either to a viral load at its early representation or to a viral gene mutated during its current spread. In this regard, a selective "naked-eye" detection of SARS-CoV-2 is highly desirable, which can be tested without accessing any advanced instrumental techniques. We herein report the development of a colorimetric assay based on gold nanoparticles (AuNPs), when capped with suitably designed thiol-modified antisense oligonucleotides (ASOs) specific for N-gene (nucleocapsid phosphoprotein) of SARS-CoV-2, could be used for diagnosing positive COVID-19 cases within 10 min from the isolated RNA samples. The thiol-modified ASO-capped AuNPs agglomerate selectively in the presence of its target RNA sequence of SARS-CoV-2 and demonstrate a change in its surface plasmon resonance. Further, the addition of RNaseH cleaves the RNA strand from the RNA–DNA hybrid leading to a visually detectable precipitate from the solution mediated by the additional agglomeration among the AuNPs. The selectivity of the assay has been monitored in the presence of MERS-CoV viral RNA with a limit of detection of 0.18 ng/μL of RNA having SARS-CoV-2 viral load. Thus, the current study reports a selective and visual "naked-eye" detection of COVID-19 causative virus, SARS-CoV-2, without the requirement of any sophisticated instrumental techniques.

Outbreaks of emerging infections present health professionals with the unique challenge of trying to select appropriate pharmacologic treatments in the clinic with little time available for drug testing and development. Typically, clinicians are left with general supportive care and often untested convalescent-phase plasma as available treatment options. Repurposing of approved pharmaceutical drugs for new indications presents an attractive alternative to clinicians, researchers, public health agencies, drug developers, and funding agencies. Given the development times and manufacturing requirements for new products, repurposing of existing drugs is likely the only solution for outbreaks due to emerging viruses. In the studies described here, a library of 290 compounds was screened for antiviral activity against Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) and severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV). Selection of compounds for inclusion in the library was dependent on current or previous FDA approval or advanced clinical development. Some drugs that had a well-defined cellular pathway as target were included. In total, 27 compounds with activity against both MERS-CoV and SARS-CoV were identified. The compounds belong to 13 different classes of pharmaceuticals, including inhibitors of estrogen receptors used for cancer treatment and inhibitors of dopamine receptor used as antipsychotics. The drugs identified in these screens provide new targets for in vivo studies as well as incorporation into ongoing clinical studies.

ABSTRACT The host innate immune response is an important deterrent of severe viral infection in humans and animals. Nuclear import factors function as key gatekeepers that regulate the transport of innate immune regulatory cargo to the nucleus of cells to activate the antiviral response. Using severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) as a model, we demonstrate that SARS-COV ORF6 protein is localized to the endoplasmic reticulum (ER)/Golgi membrane in infected cells, where it binds to and disrupts nuclear import complex formation by tethering karyopherin alpha 2 and karyopherin beta 1 to the membrane. Retention of import factors at the ER/Golgi membrane leads to a loss of STAT1 transport into the nucleus in response to interferon signaling, thus blocking the expression of STAT1-activated genes that establish an antiviral state. We mapped the region of ORF6, which binds karyopherin alpha 2, to the C terminus of ORF6 and show that mutations in the C terminus no longer bind karyopherin alpha 2 or block the nuclear import of STAT1. We also show that N-terminal deletions of karyopherin alpha 2 that no longer bind to karyopherin beta 1 still retain ORF6 binding activity but no longer block STAT1 nuclear import. Recombinant SARS-CoV lacking ORF6 did not tether karyopherin alpha 2 to the ER/Golgi membrane and allowed the import of the STAT1 complex into the nucleus. We discuss the likely implications of these data on SARS-CoV replication and pathogenesis.

Abstract The COVID-19 pandemic continues to spread throughout the world with an urgent need for a safe and protective vaccine to effectuate herd protection and control the spread of SARS-CoV-2. Here, we report the development of a SARS-CoV-2 subunit vaccine (NVX-CoV2373) from the full-length spike (S) protein that is stable in the prefusion conformation. NVX-CoV2373 S form 27.2-nm nanoparticles that are thermostable and bind with high affinity to the human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) receptor. In mice, low-dose NVX-CoV2373 with saponin-based Matrix-M adjuvant elicit high titer anti-S IgG that blocks hACE2 receptor binding, neutralize virus, and protects against SARS-CoV-2 challenge with no evidence of vaccine-associated enhanced respiratory disease. NVX-CoV2373 also elicits multifunctional CD4 + and CD8 + T cells, CD4 + follicular helper T cells (Tfh), and antigen-specific germinal center (GC) B cells in the spleen. In baboons, low-dose levels of NVX-CoV2373 with Matrix-M was also highly immunogenic and elicited high titer anti-S antibodies and functional antibodies that block S-protein binding to hACE2 and neutralize virus infection and antigen-specific T cells. These results support the ongoing phase 1/2 clinical evaluation of the safety and immunogenicity of NVX-CoV2373 with Matrix-M (NCT04368988).

ABSTRACT Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) is a lineage C betacoronavirus, and infections with this virus can result in acute respiratory syndrome with renal failure. Globally, MERS-CoV has been responsible for 877 laboratory-confirmed infections, including 317 deaths, since September 2012. As there is a paucity of information regarding the molecular pathogenesis associated with this virus or the identities of novel antiviral drug targets, we performed temporal kinome analysis on human hepatocytes infected with the Erasmus isolate of MERS-CoV with peptide kinome arrays. bioinformatics analysis of our kinome data, including pathway overrepresentation analysis (ORA) and functional network analysis, suggested that extracellular signal-regulated kinase (ERK)/mitogen-activated protein kinase (MAPK) and phosphoinositol 3-kinase (PI3K)/serine-threonine kinase (AKT)/mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling responses were specifically modulated in response to MERS-CoV infection in vitro throughout the course of infection. The overrepresentation of specific intermediates within these pathways determined by pathway and functional network analysis of our kinome data correlated with similar patterns of phosphorylation determined through Western blot array analysis. In addition, analysis of the effects of specific kinase inhibitors on MERS-CoV infection in tissue culture models confirmed these cellular response observations. Further, we have demonstrated that a subset of licensed kinase inhibitors targeting the ERK/MAPK and PI3K/AKT/mTOR pathways significantly inhibited MERS-CoV replication in vitro whether they were added before or after viral infection. Taken together, our data suggest that ERK/MAPK and PI3K/AKT/mTOR signaling responses play important roles in MERS-CoV infection and may represent novel drug targets for therapeutic intervention strategies.

ABSTRACT The outcome of a viral infection is regulated in part by the complex coordination of viral and host interactions that compete for the control and optimization of virus replication. Severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) intimately engages and regulates the host innate immune responses during infection. Using a novel interferon (IFN) antagonism screen, we show that the SARS-CoV proteome contains several replicase, structural, and accessory proteins that antagonize the IFN pathway. In this study, we focus on the SARS-CoV papain-like protease (PLP), which engages and antagonizes the IFN induction and NF-κB signaling pathways. PLP blocks these pathways by affecting activation of the important signaling proteins in each pathway, IRF3 and NF-κB. We also show that the ubiquitin-like domain of PLP is necessary for pathway antagonism but not sufficient by itself to block these pathways regardless of the enzymatic activity of the protease. The potential mechanism of PLP antagonism and its role in pathogenesis are discussed.

The Collaborative Cross (CC) is a mouse recombinant inbred strain panel that is being developed as a resource for mammalian systems genetics. Here we describe an experiment that uses partially inbred CC lines to evaluate the genetic properties and utility of this emerging resource. Genome-wide analysis of the incipient strains reveals high genetic diversity, balanced allele frequencies, and dense, evenly distributed recombination sites—all ideal qualities for a systems genetics resource. We map discrete, complex, and biomolecular traits and contrast two quantitative trait locus (QTL) mapping approaches. Analysis based on inferred haplotypes improves power, reduces false discovery, and provides information to identify and prioritize candidate genes that is unique to multifounder crosses like the CC. The number of expression QTLs discovered here exceeds all previous efforts at eQTL mapping in mice, and we map local eQTL at 1-Mb resolution. We demonstrate that the genetic diversity of the CC, which derives from random mixing of eight founder strains, results in high phenotypic diversity and enhances our ability to map causative loci underlying complex disease-related traits.