A SARS-CoV-2 variant carrying the Spike protein amino acid change D614G has become the most prevalent form in the global pandemic. Dynamic tracking of variant frequencies revealed a recurrent pattern of G614 increase at multiple geographic levels: national, regional, and municipal. The shift occurred even in local epidemics where the original D614 form was well established prior to introduction of the G614 variant. The consistency of this pattern was highly statistically significant, suggesting that the G614 variant may have a fitness advantage. We found that the G614 variant grows to a higher titer as pseudotyped virions. In infected individuals, G614 is associated with lower RT-PCR cycle thresholds, suggestive of higher upper respiratory tract viral loads, but not with increased disease severity. These findings illuminate changes important for a mechanistic understanding of the virus and support continuing surveillance of Spike mutations to aid with development of immunological interventions.

The extraordinary virulence of the Ebola and Marburg filoviruses has spurred intensive research into the molecular mechanisms by which they multiply and cause disease. Carette et al. use a genome-wide genetic screen in human cells to identify factors required for entry of Ebola virus. The screen uncovered 67 mutations disrupting all six members of the homotypic fusion and vacuole protein-sorting (HOPS) multisubunit tethering complex, which is involved in the fusion of endosomes to lysosomes, and 39 independent mutations that disrupt the endo/lysosomal cholesterol transporter protein Niemann–Pick C1 (NPC1). Côté et al. report the identification of a novel benzylpiperazine adamantane diamide-derived compound that inhibits EboV infection in cell culture, with NPC1 being the target. The unexpected role for the hereditary disease gene NPC1 in Ebola virus infection may facilitate the development of antifilovirus therapeutics. Infections by the Ebola and Marburg filoviruses cause a rapidly fatal haemorrhagic fever in humans for which no approved antivirals are available1. Filovirus entry is mediated by the viral spike glycoprotein (GP), which attaches viral particles to the cell surface, delivers them to endosomes and catalyses fusion between viral and endosomal membranes2. Additional host factors in the endosomal compartment are probably required for viral membrane fusion; however, despite considerable efforts, these critical host factors have defied molecular identification3,4,5. Here we describe a genome-wide haploid genetic screen in human cells to identify host factors required for Ebola virus entry. Our screen uncovered 67 mutations disrupting all six members of the homotypic fusion and vacuole protein-sorting (HOPS) multisubunit tethering complex, which is involved in the fusion of endosomes to lysosomes6, and 39 independent mutations that disrupt the endo/lysosomal cholesterol transporter protein Niemann–Pick C1 (NPC1)7. Cells defective for the HOPS complex or NPC1 function, including primary fibroblasts derived from human Niemann–Pick type C1 disease patients, are resistant to infection by Ebola virus and Marburg virus, but remain fully susceptible to a suite of unrelated viruses. We show that membrane fusion mediated by filovirus glycoproteins and viral escape from the vesicular compartment require the NPC1 protein, independent of its known function in cholesterol transport. Our findings uncover unique features of the entry pathway used by filoviruses and indicate potential antiviral strategies to combat these deadly agents.

Antibodies targeting the SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain (RBD) are being developed as therapeutics and are a major contributor to neutralizing antibody responses elicited by infection. Here, we describe a deep mutational scanning method to map how all amino-acid mutations in the RBD affect antibody binding and apply this method to 10 human monoclonal antibodies. The escape mutations cluster on several surfaces of the RBD that broadly correspond to structurally defined antibody epitopes. However, even antibodies targeting the same surface often have distinct escape mutations. The complete escape maps predict which mutations are selected during viral growth in the presence of single antibodies. They further enable the design of escape-resistant antibody cocktails—including cocktails of antibodies that compete for binding to the same RBD surface but have different escape mutations. Therefore, complete escape-mutation maps enable rational design of antibody therapeutics and assessment of the antigenic consequences of viral evolution.

The SARS-CoV-2 virus infects cultured ACE2-expressing human enterocytes aided by the TMPRSS2 and TMPRSS4 serine proteases.

The SARS-CoV-2 spike (S) glycoprotein contains an immunodominant receptor-binding domain (RBD) targeted by most neutralizing antibodies (Abs) in COVID-19 patient plasma. Little is known about neutralizing Abs binding to epitopes outside the RBD and their contribution to protection. Here, we describe 41 human monoclonal Abs (mAbs) derived from memory B cells, which recognize the SARS-CoV-2 S N-terminal domain (NTD) and show that a subset of them neutralize SARS-CoV-2 ultrapotently. We define an antigenic map of the SARS-CoV-2 NTD and identify a supersite (designated site i) recognized by all known NTD-specific neutralizing mAbs. These mAbs inhibit cell-to-cell fusion, activate effector functions, and protect Syrian hamsters from SARS-CoV-2 challenge, albeit selecting escape mutants in some animals. Indeed, several SARS-CoV-2 variants, including the B.1.1.7, B.1.351, and P.1 lineages, harbor frequent mutations within the NTD supersite, suggesting ongoing selective pressure and the importance of NTD-specific neutralizing mAbs for protective immunity and vaccine design.

Ebola virus (EboV) causes rapidly fatal hemorrhagic fever in humans and there is currently no effective treatment. We found that the infection of African green monkey kidney (Vero) cells by vesicular stomatitis viruses bearing the EboV glycoprotein (GP) requires the activity of endosomal cysteine proteases. Using selective protease inhibitors and protease-deficient cell lines, we identified an essential role for cathepsin B (CatB) and an accessory role for cathepsin L (CatL) in EboV GP-dependent entry. Biochemical studies demonstrate that CatB and CatL mediate entry by carrying out proteolysis of the EboV GP subunit GP1 and support a multistep mechanism that explains the relative contributions of these enzymes to infection. CatB and CatB/CatL inhibitors diminish the multiplication of infectious EboV-Zaire in cultured cells and may merit investigation as anti-EboV drugs.

Neutralizing antibodies against the SARS-CoV-2 spike (S) protein are a goal of COVID-19 vaccines and have received emergency use authorization as therapeutics. However, viral escape mutants could compromise efficacy. To define immune-selected mutations in the S protein, we exposed a VSV-eGFP-SARS-CoV-2-S chimeric virus, in which the VSV glycoprotein is replaced with the S protein, to 19 neutralizing monoclonal antibodies (mAbs) against the receptor-binding domain (RBD) and generated 50 different escape mutants. Each mAb had a unique resistance profile, although many shared residues within an epitope of the RBD. Some variants (e.g., S477N) were resistant to neutralization by multiple mAbs, whereas others (e.g., E484K) escaped neutralization by convalescent sera. Additionally, sequential selection identified mutants that escape neutralization by antibody cocktails. Comparing these antibody-mediated mutations with sequence variation in circulating SARS-CoV-2 revealed substitutions that may attenuate neutralizing immune responses in some humans and thus warrant further investigation.

Peroxisomes have long been established to play a central role in regulating various metabolic activities in mammalian cells. These organelles act in concert with mitochondria to control the metabolism of lipids and reactive oxygen species. However, while mitochondria have emerged as an important site of antiviral signal transduction, a role for peroxisomes in immune defense is unknown. Here, we report that the RIG-I-like receptor (RLR) adaptor protein MAVS is located on peroxisomes and mitochondria. We find that peroxisomal and mitochondrial MAVS act sequentially to create an antiviral cellular state. Upon viral infection, peroxisomal MAVS induces the rapid interferon-independent expression of defense factors that provide short-term protection, whereas mitochondrial MAVS activates an interferon-dependent signaling pathway with delayed kinetics, which amplifies and stabilizes the antiviral response. The interferon regulatory factor IRF1 plays a crucial role in regulating MAVS-dependent signaling from peroxisomes. These results establish that peroxisomes are an important site of antiviral signal transduction.

Antibodies are a principal determinant of immunity for most RNA viruses and have promise to reduce infection or disease during major epidemics. The novel coronavirus SARS-CoV-2 has caused a global pandemic with millions of infections and hundreds of thousands of deaths to date1,2. In response, we used a rapid antibody discovery platform to isolate hundreds of human monoclonal antibodies (mAbs) against the SARS-CoV-2 spike (S) protein. We stratify these mAbs into five major classes on the basis of their reactivity to subdomains of S protein as well as their cross-reactivity to SARS-CoV. Many of these mAbs inhibit infection of authentic SARS-CoV-2 virus, with most neutralizing mAbs recognizing the receptor-binding domain (RBD) of S. This work defines sites of vulnerability on SARS-CoV-2 S and demonstrates the speed and robustness of advanced antibody discovery platforms. A platform for rapid antibody discovery enabled the isolation of hundreds of human monoclonal antibodies against SARS-CoV-2 and the prioritization of potent antibody candidates for clinical trials in patients with COVID-19.