Abstract COVID-19 is caused by a novel coronavirus, severe acute respiratory syndrome coronavirus (CoV)-2 (SARS-CoV-2). The virus is responsible for an ongoing pandemic and concomitant public health crisis around the world. While vaccine development is proving to be highly successful, parallel drug development approaches are also critical in the response to SARS-CoV-2 and other emerging viruses. Coronaviruses require Ca 2+ ions for host cell entry and we have previously shown that Ca 2+ modulates the interaction of the viral fusion peptide with host cell membranes. In an attempt to accelerate drug development, we tested a panel of L-type calcium channel blocker (CCB) drugs currently developed for other conditions, to determine whether they would inhibit SARS-CoV-2 infection in cell culture. All the CCBs tested showed varying degrees of inhibition, with felodipine and nifedipine strongly limiting SARS-CoV-2 entry and infection in epithelial lung cells at concentrations where cell toxicity was minimal. Further studies with pseudo-typed particles displaying the SARS-CoV-2 spike protein suggested that inhibition occurs at the level of virus entry. Overall, our data suggest that certain CCBs have potential to treat SARS-CoV-2 infections and are worthy of further examination for possible treatment of COVID-19.

Coagulopathy is a significant aspect of morbidity in COVID-19 patients. The clotting cascade is propagated by a series of proteases, including factor Xa and thrombin. While certain host proteases, including TMPRSS2 and furin, are known to be important for cleavage activation of SARS-CoV-2 spike to promote viral entry in the respiratory tract, other proteases may also contribute. Using biochemical and cell-based assays, we demonstrate that factor Xa and thrombin can also directly cleave SARS-CoV-2 spike, enhancing viral entry. A drug-repurposing screen identified a subset of protease inhibitors that promiscuously inhibited spike cleavage by both transmembrane serine proteases as well as coagulation factors. The mechanism of the protease inhibitors nafamostat and camostat may extend beyond inhibition of TMPRSS2 to coagulation-induced spike cleavage. Anticoagulation is critical in the management of COVID-19, and early intervention could provide collateral benefit by suppressing SARS-CoV-2 viral entry. We propose a model of positive feedback whereby infection-induced hypercoagulation exacerbates SARS-CoV-2 infectivity.

The COVID-19 pandemic caused by the SARS-CoV-2 virus remains a global public health crisis. Although widespread vaccination campaigns are underway, their efficacy is reduced against emerging variants of concern (VOCs) 1,2 . Development of host-directed therapeutics and prophylactics could limit such resistance and offer urgently needed protection against VOCs 3,4 . Attractive pharmacological targets to impede viral entry include type-II transmembrane serine proteases (TTSPs), such as TMPRSS2, whose essential role in the virus lifecycle is responsible for the cleavage and priming of the viral spike protein 5-7 . Here, we identify and characterize a small-molecule compound, N-0385, as the most potent inhibitor of TMPRSS2 reported to date. N-0385 exhibited low nanomolar potency and a selectivity index of >10 6 at inhibiting SARS-CoV-2 infection in human lung cells and in donor-derived colonoids 8 . Importantly, N-0385 acted as a broad-spectrum coronavirus inhibitor of two SARS-CoV-2 VOCs, B.1.1.7 and B.1.351. Strikingly, single daily intranasal administration of N-0385 early in infection significantly improved weight loss and clinical outcomes, and yielded 100% survival in the severe K18-human ACE2 transgenic mouse model of SARS-CoV-2 disease. This demonstrates that TTSP-mediated proteolytic maturation of spike is critical for SARS-CoV-2 infection in vivo and suggests that N-0385 provides a novel effective early treatment option against COVID-19 and emerging SARS-CoV-2 VOCs.

While vaccine development will hopefully quell the global pandemic of COVID-19 caused by SARS-CoV-2, small molecule drugs that can effectively control SARS-CoV-2 infection are urgently needed. Here, inhibitors of spike (S) mediated cell entry were identified in a high throughput screen of an approved drugs library with SARS-S and MERS-S pseudotyped particle entry assays. We discovered six compounds (cepharanthine, abemaciclib, osimertinib, trimipramine, colforsin, and ingenol) to be broad spectrum inhibitors for spike-mediated entry. This work should contribute to the development of effective treatments against the initial stage of viral infection, thus reducing viral burden in COVID-19 patients.

Abstract Omicron (B.1.1.529) is the most recent SARS-CoV-2 variant of concern (VOC), which emerged in late 2021 and rapidly achieved global predominance in early 2022. In this study, we compared the infection dynamics, tissue tropism and pathogenesis and pathogenicity of SARS-CoV-2 D614G (B.1), Delta (B.1.617.2) and Omicron BA.1.1 sublineage (B.1.1.529) variants in a highly susceptible feline model of infection. While D614G- and Delta-inoculated cats became lethargic, and showed increased body temperatures between days 1 and 3 post-infection (pi), Omicron-inoculated cats remained subclinical and, similar to control animals, gained weight throughout the 14-day experimental period. Intranasal inoculation of cats with D614G- and the Delta variants resulted in high infectious virus shedding in nasal secretions (up to 6.3 log10 TCID 50 .ml -1 ), whereas strikingly lower level of viruses shedding (<3.1 log10 TCID 50 .ml -1 ) was observed in Omicron-inoculated animals. In addition, tissue distribution of the Omicron variant was markedly reduced in comparison to the D614G and Delta variants, as evidenced by in situ viral RNA detection, in situ immunofluorescence, and quantification of viral loads in tissues on days 3, 5, and 14 pi. Nasal turbinate, trachea, and lung were the main - but not the only - sites of replication for all three viral variants. However, only scarce virus staining and lower viral titers suggest lower levels of viral replication in tissues from Omicron-infected animals. Notably, while D614G- and Delta-inoculated cats had severe pneumonia, histologic examination of the lungs from Omicron-infected cats revealed mild to modest inflammation. Together, these results demonstrate that the Omicron variant BA.1.1 is less pathogenic than D614G and Delta variants in a highly susceptible feline model. Author Summary The SARS-CoV-2 Omicron (B.1.1.529) variant of concern (VOC) emerged in South Africa late in 2021 and rapidly spread across the world causing a significant increase in the number of infections. Importantly, this variant was also associated with an increased risk of reinfections. However, the number of hospitalizations and deaths due to COVID-19 did not follow the same trends. These early observations, suggested effective protection conferred by immunizations and/or overall lower virulence of the highly mutated variant virus. In this study we present novel evidence demonstrating that the Omicron BA.1.1 variant of concern (VOC) presents a lower pathogenicity when compared to D614G- or Delta variants in cats. Clinical, virological and pathological evaluations revealed lower disease severity, viral replication and lung pathology in Omicron-infected cats when compared to D614G and Delta variant inoculated animals, confirming that Omicron BA.1.1 is less pathogenic in a highly susceptible feline model of infection.

Abstract The Coronaviridae is a highly diverse virus family, with reservoir hosts in a variety of wildlife species that encompass bats, birds and small mammals, including rodents. Within the taxonomic group alphacoronavirus, certain sub-genera (including the luchacoviruses) have phylogenetically distinct spike proteins, which remain essentially uncharacterized. Using in vitro and computational techniques, we analyzed the spike protein of the rodent coronavirus AcCoV-JC34 from the sub-genus luchacovirus, previously identified in Apodemus chevrieri (Chevrier’s field mouse). We show that AcCoV-JC34—unlike the other luchacoviruses—has a putative furin cleavage site (FCS) within its spike S1 domain, close to the S1/S2 interface. The pattern of basic amino acids within the AcCoV-JC34 FCS (-RR-R-) is identical to that found in “pre-variant” SARS-CoV-2—which is in itself atypical for an FCS, and suboptimal for furin cleavage. Our analysis shows that, while containing an -RR-R-motif, the AcCoV-JC34 spike “FCS” is not cleaved by furin (unlike for SARS-CoV-2), suggesting the possible presence of a progenitor sequence for viral emergence from a distinct wildlife host.

ABSTRACT A recent study reported the occurrence of Canine Coronavirus (CCoV) in nasopharyngeal swabs from a small number of patients hospitalized with pneumonia during a 2017-18 period in Sarawak, Malaysia. Because the genome sequence for one of these isolates is available, we conducted comparative evolutionary analyses of the spike gene of this strain (CCoV-HuPn-2018), with other available Alphacoronavirus 1 spike sequences. The most N-terminus subdomain (0-domain) of the CCoV-HuPn-2018 spike protein has sequence similarity to Transmissible Gastroenteritis Virus (TGEV) and CCoV2b strains, but not to other members of the type II Alphacoronaviruses (i.e., CCoV2a and Feline CoV2-FCoV2). This 0-domain in CCoV-HuPn-2018 has evidence for relaxed selection pressure, an increased rate of molecular evolution, and a number of unique amino acid substitutions relative to CCoV2b and TGEV sequences. A region of the 0-domain determined to be key to sialic acid binding and pathogenesis in TGEV had clear differences in amino acid sequences in CCoV-HuPn-2018 relative to both CCoV2b (enteric) and TGEV (enteric and respiratory). The 0-domain of CCoV-HuPn-2018 also had several sites inferred to be under positive diversifying selection, including sites within the signal peptide. Downstream of the 0-domain, FCoV2 shared sequence similarity to the CCoV2b and TGEV sequences, with analyses of this larger alignment identifying positively selected sites in the putative Receptor Binding Domain (RBD) and Connector Domain (CD). Recombination analyses strongly implicated a particular FCoV2 strain in the recombinant history of CCoV-HuPn-2018 with molecular divergence times estimated at around 60 years ago. We hypothesize that CCoV-HuPn-2018 had an enteric origin, but that it has lost that particular tropism, because of mutations in the sialic acid binding region of the spike 0-domain. As selection pressure on this region was reduced, the virus evolved a respiratory tropism, analogous to other Alphacoronavirus 1, such as Porcine Respiratory Coronavirus (PRCV), that have lost this region entirely. We also suggest that signals of positive selection in the signal peptide as well as other changes in the 0-domain of CCoV-HuPn-2018 could represent an adaptive role in this new host and that this could be in part due to the different spatial distribution of the N-linked glycan repertoire for this strain.

Abstract The recent COVID-19 pandemic has sparked a global public health crisis. Vital to the development of informed treatments for this disease is a comprehensive understanding of the molecular interactions involved in disease pathology. One lens through which we can better understand this pathology is through the network of protein-protein interactions between its viral agent, SARS-CoV-2, and its human host. For instance, increased infectivity of SARS-CoV-2 compared to SARS-CoV can be explained by rapid evolution along the interface between the Spike protein and its human receptor (ACE2) leading to increased binding affinity. Sequence divergences that modulate other protein-protein interactions may further explain differences in transmission and virulence in this novel coronavirus. To facilitate these comparisons, we combined homology-based structural modeling with the ECLAIR pipeline for interface prediction at residue resolution, and molecular docking with PyRosetta. This enabled us to compile a novel 3D structural interactome meta-analysis for the published interactome network between SARS-CoV-2 and human. This resource includes docked structures for all interactions with protein structures, enrichment analysis of variation along interfaces, predicted ΔΔG between SARS-CoV and SARS-CoV-2 variants for each interaction, predicted impact of natural human population variation on binding affinity, and a further prioritized set of drug repurposing candidates predicted to overlap with protein interfaces † . All predictions are available online † for easy access and are continually updated when new interactions are published. † Some sections of this pre-print have been redacted to comply with current bioRxiv policy restricting the dissemination of purely in silico results predicting potential therapies for SARS-CoV-2 that have not undergone thorough peer-review. The results section titled “Prioritization of Candidate Inhibitors of SARS-CoV-2-Human Interactions Through Binding Site Comparison,” Figure 4, Supplemental Table 9, and all links to our web resource have been removed. Blank headers left in place to preserve structure and item numbering. Our full manuscript will be published in an appropriate journal following peer-review.

Abstract β-Coronaviruses are a family of positive-strand enveloped RNA viruses that include the severe acute respiratory syndrome-CoV2 (SARS-CoV2). While much is known regarding their cellular entry and replication pathways, their mode of egress remains uncertain; however, this is assumed to be via the biosynthetic secretory pathway by analogy to other enveloped viruses. Using imaging methodologies in combination with virus-specific reporters, we demonstrate that β-Coronaviruses utilize lysosomal trafficking for egress from cells. This pathway is regulated by the Arf-like small GTPase Arl8b; thus, virus egress is insensitive to inhibitors of the biosynthetic secretory pathway. Coronavirus infection results in lysosome deacidification, inactivation of lysosomal degradation and disruption of antigen presentation pathways. This coronavirus-induced exploitation of lysosomes provides insights into the cellular and immunological abnormalities observed in patients and suggests new therapeutic modalities.

The avian coronavirus infectious bronchitis virus (IBV) typically infects the respiratory tract of chickens, but can also spread to other organs. However, the mechanisms of virus dissemination are presently unclear. We show that peripheral blood-derived monocytes/macrophages from chickens (chPBMC) are productively infected by clinical strains of IBV, accompanied by induction of apoptosis. Our data suggest that chPBMCs play a role in the dissemination of IBV, and may be important for viral pathogenesis.