The dependence of development and homeostasis in animals on the interaction of hundreds of extracellular regulatory proteins with the peri- and extracellular glycosaminoglycan heparan sulfate (HS) is exploited by many microbial pathogens as a means of adherence and invasion. Heparin, a widely used anticoagulant drug, is structurally similar to HS and is a common experimental proxy. Exogenous heparin prevents infection by a range of viruses, including S-associated coronavirus isolate HSR1. Here, we show that heparin inhibits severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) invasion of Vero cells by up to 80% at doses achievable through prophylaxis and, particularly relevant, within the range deliverable by nebulisation. Surface plasmon resonance and circular dichroism spectroscopy demonstrate that heparin and enoxaparin, a low-molecular-weight heparin which is a clinical anticoagulant, bind and induce a conformational change in the spike (S1) protein receptor-binding domain (S1 RBD) of SARS-CoV-2. A library of heparin derivatives and size-defined fragments were used to probe the structural basis of this interaction. Binding to the RBD is more strongly dependent on the presence of 2-O or 6-O sulfate groups than on N-sulfation and a hexasaccharide is the minimum size required for secondary structural changes to be induced in the RBD. It is likely that inhibition of viral infection arises from an overlap between the binding sites of heparin/HS on S1 RBD and that of the angiotensin-converting enzyme 2. The results suggest a route for the rapid development of a first-line therapeutic by repurposing heparin and its derivatives as antiviral agents against SARS-CoV-2 and other members of the Coronaviridae.

The humoral arm of innate immunity includes diverse molecules with antibody-like functions, some of which serve as disease severity biomarkers in coronavirus disease 2019 (COVID-19). The present study was designed to conduct a systematic investigation of the interaction of human humoral fluid-phase pattern recognition molecules (PRMs) with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Of 12 PRMs tested, the long pentraxin 3 (PTX3) and mannose-binding lectin (MBL) bound the viral nucleocapsid and spike proteins, respectively. MBL bound trimeric spike protein, including that of variants of concern (VoC), in a glycan-dependent manner and inhibited SARS-CoV-2 in three in vitro models. Moreover, after binding to spike protein, MBL activated the lectin pathway of complement activation. Based on retention of glycosylation sites and modeling, MBL was predicted to recognize the Omicron VoC. Genetic polymorphisms at the MBL2 locus were associated with disease severity. These results suggest that selected humoral fluid-phase PRMs can play an important role in resistance to, and pathogenesis of, COVID-19, a finding with translational implications.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2), the etiological agent of coronavirus disease 2019 (COVID-19), is transmitted person-to-person via respiratory droplets and, likely, via smaller droplet nuclei light enough to remain suspended in the air for hours and contaminate surfaces particularly in indoor conditions. Thus, effective measures are needed to prevent SARS-CoV-2 transmission in indoor environments. In this regard, we have investigated whether a system based on a filter combining Tungsten Trioxide-Based (WO 3 ) photocatalysis and an antiviral fabric treated-copper nanocluster could inactivate SARS-CoV-2. To this purpose, an infectious SARS-CoV-2 suspension was introduced in the upper opening of a closed cylinder containing a WO 3 filter and a lightbased system that activates WO 3 and the antiviral fabric. From the bottom exit, aliquots of fluid were collected every 10 min (up to 60 min) and tested for their infectivity by means of a viral plaque assay in Vero cells whereas, in parallel, the viral RNA content was measured by quantitative PCR (qPCR). As we have previously shown for SARS-CoV, a 1:1,000 ratio of plaque forming units (PFU) vs. viral RNA copies was observed also for SARS-CoV-2. After 10 min, the infectious viral content was already decreased by 98.2% reaching 100% inactivation after 30 min whereas the SARS-CoV-2 RNA load was decreased of 1.5 log 10 after 30 min. Thus, in spite of only a partial decrease of viral RNA, SARS-CoV-2 infectivity was completely abolished by the WO 3 photocatalysis system by 30 min. These results support the hypothesis that this system could be exploited to achieve SARS-CoV-2 inactivation in indoor environments.

Abstract Effective and economical measures are needed to either prevent or inhibit the replication of SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19, in the upper respiratory tract. As fumigation of vinegar at low concentration (0.34%) ameliorated the symptoms of mild SARS-CoV-2 infection, we tested in vitro the potential antiviral activity of vinegar and of its active component, acetic acid. We here demonstrate that both vinegar and acetic acid indeed strongly inactivate SARS-CoV-2 infectivity in Vero cells. Furthermore, vinegar treatment caused a 90% inhibition of the infectious titer when directly applied to a nasopharyngeal swab transfer medium of a COVID-19 patient. These effects were potentiated if conduced at a temperature of 45 °C vs. 37 °C, a condition that is transiently generated in the upper respiratory tract during fumigation. Our findings are consistent and extend the results of studies performed in the early and mid-20 th century on the disinfectant capacity of organic acids and can provide an affordable home-made aid to prevent or contain SARS-CoV-2 infection of the upper respiratory tract.

Abstract Zika virus (ZIKV) is an arbovirus member of the Flaviviridae family that causes severe congenital brain anomalies in infected fetuses. Human neural progenitor cells (hNPCs) are highly permissive to ZIKV infection, causing inhibition of cell proliferation concomitant with an induction of cell death. We previously demonstrated that pharmaceutical-grade heparin inhibited virus-induced cell death with minor effects on in vitro virus replication in ZIKV-infected hNPCs. Here we show that heparin prevented ZIKV-induced intracellular vacuoles, a signature characteristic of paraptosis, but also inhibited necrosis and apoptosis of hNPCs when grown as neurospheres (NS). Furthermore, heparin preserved the differentiation of both ZIKV-infected human-induced pluripotent stem cells (hiPSC) derived-NPCs and fetus-derived NPCs into neural-glial cells. Collectively, these results highlight the potential neuroprotective effect of heparin that could be re-purposed and exploited to drive the development of novel agents for preventing ZIKV damage.

Abstract Two years since the outbreak of the novel coronavirus SARS-CoV-2 pandemic, there remain few clinically effective drugs to complement vaccines. One is the anticoagulant, heparin, which in 2004 was found able to inhibit invasion of SARS CoV (CoV-1) and which has been employed during the current pandemic to prevent thromboembolic complications and moderate potentially damaging inflammation. Heparin has also been shown experimentally to inhibit SARS-CoV-2 attachment and infection in susceptible cells. At high therapeutic doses however, heparin increases the risk of bleeding and prolonged use can cause heparin-induced thrombocytopenia, a serious side-effect. One alternative, with structural similarities to heparin is the plant-derived, semi-synthetic polysaccharide, pentosan polysulfate (PPS). PPS is an established drug for the oral treatment of interstitial cystitis, is well-tolerated and exhibits weaker anticoagulant effects than heparin. In an established Vero cell model, PPS and its fractions of varying molecular weights, inhibited invasion by SARS-CoV-2. Intact PPS and its size-defined fractions were characterized by molecular weight distribution and chemical structure using NMR spectroscopy and LC-MS, then employed to explore the structural basis of interactions with SARS-CoV-2 spike protein receptor-binding domain (S1 RBD) and the inhibition of Vero cell invasion. PPS was as effective as unfractionated heparin, but more effective at inhibiting cell infection than low molecular weight heparin (on a weight/volume basis). Isothermal titration calorimetry and viral plaque-forming assays demonstrated size-dependent binding to S1 RBD and inhibition of Vero cell invasion, suggesting the potential application of PPS as a novel inhibitor of SARS-CoV-2 infection.

Abstract The spread of SARS-CoV-2 has fueled the COVID-19 pandemic with its enduring medical and socioeconomic challenges due to subsequent waves and long-term consequences of great concern. Here we charted the molecular basis of COVID-19 pathogenesis, by analysing patients’ immune response at single-cell resolution across disease course and severity. This approach uncovered cell subpopulation-specific dysregulation in COVID-19 across disease course and severity and identified a severity-associated activation of the receptor for advanced glycation endproduct (RAGE) pathway in monocytes. In vitro experiments confirmed that monocytes bind the SARS-CoV-2 S1-RBD via RAGE and that RAGE-Spike interactions drive monocyte infection. Our results demonstrate that RAGE is a novel functional receptor of SARS-CoV-2 contributing to COVID-19 severity. One-Sentence Summary Monocyte SARS-CoV-2 infection via the receptor for advanced glycation endproduct triggers severe COVID-19.

ABSTRACT Zika virus (ZIKV) is a recently re-emerged flavivirus transmitted to humans by mosquito bites but also from mother to fetus and by sexual intercourse. We here show for the first time that primary human endometrial stromal cells (HESC) are highly permissive to ZIKV infection and support its in vitro replication. ZIKV envelope expression was detected in the endoplasmic reticulum whereas double-stranded viral RNA colocalized with vimentin filaments to the perinuclear region. ZIKV productive infection also occurred in the human T-HESC cell line with the induction of interferon-β (IFN-β) and of IFN-stimulated genes. Notably, in vitro decidualization of T-HESC with cyclic AMP and progesterone upregulated the cell surface expression of the ZIKV entry co-receptor AXL and boosted ZIKV replication by ca. 100-fold. Thus, endometrial stromal cells, particularly if decidualized, likely represent a crucial cell target of sexual virus transmission and a relevant source of ZIKV spreading to placental trophoblasts during pregnancy. AUTHOR SUMMARY Infection by Zika virus (ZIKV), a flavivirus transmitted to humans by mosquito bites, has recently emerged as an important cause of neurological lesions in the fetal brain as women who become infected by ZIKV during pregnancy can transmit the virus to their fetus. In addition, routes of ZIKV transmission independent of mosquito bites have been also identified and include sexual transmission from both infected men and women to their partners, an aspect bearing great societal implications for ZIKV spread. These observations highlight the importance of the female reproductive tract in the establishment and/or spreading of the infection. In this regard, the endometrium is a highly dynamic tissue undergoing major histological changes during the menstrual cycle under the coordinated action of sexual hormones. In particular, progesterone drives the differentiation of human endometrial stromal cells towards decidualization, a process that is critical for fetal trophoblast invasion and placenta formation. We here report for the first time that both primary and immortalized human endometrial stromal cells are highly permissive to ZIKV infection and replication, particularly when in vitro decidualized by progesterone, suggesting that these cells could significantly contribute to vertical ZIKV transmission in utero during pregnancy but also to horizontal transmission by the sexual route.

Gain-of-function mutations in STING cause STING-associated vasculopathy with onset in infancy (SAVI) characterized by early-onset systemic inflammation, skin vasculopathy, and interstitial lung disease. Here, we report and characterize a novel STING variant (F269S) identified in a SAVI patient. Single-cell transcriptomics of patient bone marrow revealed spontaneous activation of interferon (IFN) and inflammatory pathways across cell types and a striking prevalence of circulating naïve T cells was observed. Inducible STING F269S expression conferred enhanced signaling through ligand-independent translocation of the protein to the Golgi, protecting cells from viral infections but preventing their efficient immune priming. Additionally, endothelial cell activation was promoted and further exacerbated by cytokine secretion by SAVI immune cells, resulting in inflammation and endothelial damage. Our findings identify STING F269S mutation as a novel pathogenic variant causing SAVI, highlight the importance of the crosstalk between endothelial and immune cells in the context of lung disease, and contribute to a better understanding of how aberrant STING activation can cause pathology.

Abstract The dependence of the host on the interaction of hundreds of extracellular proteins with the cell surface glycosaminoglycan heparan sulphate (HS) for the regulation of homeostasis is exploited by many microbial pathogens as a means of adherence and invasion. The closely related polysaccharide heparin, the widely used anticoagulant drug, which is structurally similar to HS and is a common experimental proxy, can be expected to mimic the properties of HS. Heparin prevents infection by a range of viruses if added exogenously, including S-associated coronavirus strain HSR1. Heparin prevents infection by a range of viruses if added exogenously, including S-associated coronavirus strain HSR1. Here, we show that the addition of heparin to Vero cells between 6.25 - 200 μg.ml −1 , which spans the concentration of heparin in therapeutic use, and inhibits invasion by SARS-CoV-2 at between 44 and 80%. We also demonstrate that heparin binds to the Spike (S1) protein receptor binding domain and induces a conformational change, illustrated by surface plasmon resonance and circular dichroism spectroscopy studies. The structural features of heparin on which this interaction depends were investigated using a library of heparin derivatives and size-defined fragments. Binding is more strongly dependent on the presence of 2-O or 6-O sulphation, and the consequent conformational consequences in the heparin structure, than on N-sulphation. A hexasaccharide is required for conformational changes to be induced in the secondary structure that are comparable to those that arise from heparin binding. Enoxaparin, a low molecular weight clinical anticoagulant, also binds the S1 RBD protein and induces conformational change. These findings have implications for the rapid development of a first-line therapeutic by repurposing heparin as well as for next-generation, tailor-made, GAG-based antiviral agents against SARS-CoV-2 and other members of the Coronaviridae .