Highlights•B.1.1.7, B.1.351, and P.1 do not show augmented host cell entry•Entry inhibitors under clinical evaluation block all variants•B.1.351 and P.1 can escape from therapeutic antibodies•B.1.351 and P.1 evade antibodies induced by infection and vaccinationSummaryThe global spread of SARS-CoV-2/COVID-19 is devastating health systems and economies worldwide. Recombinant or vaccine-induced neutralizing antibodies are used to combat the COVID-19 pandemic. However, the recently emerged SARS-CoV-2 variants B.1.1.7 (UK), B.1.351 (South Africa), and P.1 (Brazil) harbor mutations in the viral spike (S) protein that may alter virus-host cell interactions and confer resistance to inhibitors and antibodies. Here, using pseudoparticles, we show that entry of all variants into human cells is susceptible to blockade by the entry inhibitors soluble ACE2, Camostat, EK-1, and EK-1-C4. In contrast, entry of the B.1.351 and P.1 variant was partially (Casirivimab) or fully (Bamlanivimab) resistant to antibodies used for COVID-19 treatment. Moreover, entry of these variants was less efficiently inhibited by plasma from convalescent COVID-19 patients and sera from BNT162b2-vaccinated individuals. These results suggest that SARS-CoV-2 may escape neutralizing antibody responses, which has important implications for efforts to contain the pandemic.Graphical abstract

SUMMARY The global spread of SARS-CoV-2/COVID-19 is devastating health systems and economies worldwide. Recombinant or vaccine-induced neutralizing antibodies are used to combat the COVID-19 pandemic. However, recently emerged SARS-CoV-2 variants B.1.1.7 (UK), B.1.351 (South Africa) and B.1.1.248 (Brazil) harbor mutations in the viral spike (S) protein that may alter virus-host cell interactions and confer resistance to inhibitors and antibodies. Here, using pseudoparticles, we show that entry of UK, South Africa and Brazil variant into human cells is susceptible to blockade by entry inhibitors. In contrast, entry of the South Africa and Brazil variant was partially (Casirivimab) or fully (Bamlanivimab) resistant to antibodies used for COVID-19 treatment and was less efficiently inhibited by serum/plasma from convalescent or BNT162b2 vaccinated individuals. These results suggest that SARS-CoV-2 may escape antibody responses, which has important implications for efforts to contain the pandemic.

ABSTRACT The severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infects cells through interaction of its spike protein (SARS2-S) with Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) and activation by proteases, in particular transmembrane protease serine 2 (TMPRSS2). Viruses can also spread through fusion of infected with uninfected cells. We compared the requirements of ACE2 expression, proteolytic activation, and the sensitivity to inhibitors for SARS2-S-mediated and SARS-CoV-S(SARS1-S)-mediated cell-cell fusion. SARS2-S-driven fusion was moderately increased by TMPRSS2 and strongly by ACE2, while SARS1-S-driven fusion was strongly increased by TMPRSS2 and less so by ACE2 expression. In contrast to SARS1-S, SARS2-S-mediated cell-cell fusion was efficiently activated by Batimastat-sensitive metalloproteases. Mutation of the S1/S2 proteolytic cleavage site reduced effector-target-cell fusion when ACE2 or TMPRSS2 were limiting and rendered SARS2-S-driven cell-cell fusion more dependent on TMPRSS2. When both ACE2 and TMPRSS2 were abundant, initial target-effector-cell fusion was unaltered compared to wt SARS2-S, but syncytia remained smaller. Mutation of the S2’ site specifically abrogated activation by TMPRSS2 for both cell-cell fusion and SARS2-S-driven pseudoparticle entry but still allowed for activation by metalloproteases for cell-cell fusion and by cathepsins for particle entry. Finally, we found that the TMPRSS2 inhibitor Bromhexine was unable to reduce TMPRSS2-activated cell-cell fusion by SARS1-S and SARS2-S as opposed to the inhibitor Camostat. Paradoxically, Bromhexine enhanced cell-cell fusion in the presence of TMPRSS2, while its metabolite Ambroxol exhibited inhibitory activity in some conditions. On Calu-3 lung cells, Ambroxol weakly inhibited SARS2-S-driven lentiviral pseudoparticle entry, and both substances exhibited a dose-dependent trend towards weak inhibition of authentic SARS-CoV-2. IMPORTANCE Cell-cell fusion allows the virus to infect neighboring cells without the need to produce free virus and contributes to tissue damage by creating virus-infected syncytia. Our results demonstrate that the S2’ cleavage site is essential for activation by TMPRSS2 and unravel important differences between SARS-CoV and SARS-CoV-2, among those greater dependence of SARS-CoV-2 on ACE2 expression and activation by metalloproteases for cell-cell fusion. Bromhexine, reportedly an inhibitor of TMPRSS2, is currently tested in clinical trials against coronavirus disease 2019. Our results indicate that Bromhexine enhances fusion in some conditions. We therefore caution against use of Bromhexine in higher dosage until its effects on SARS-CoV-2 spike activation are better understood. The related compound Ambroxol, which similarly to Bromhexine is clinically used as an expectorant, did not exhibit activating effects on cell-cell fusion. Both compounds exhibited weak inhibitory activity against SARS-CoV-2 infection at high concentrations, which might be clinically attainable for Ambroxol.

Abstract The COVID-19 pandemic, caused by SARS-CoV-2, demonstrated that zoonotic transmission of animal sarbecoviruses threatens human health but the determinants of transmission are incompletely understood. Here, we show that most spike (S) proteins of horseshoe bat and Malayan pangolin sarbecoviruses employ ACE2 for entry, with human and raccoon dog ACE2 exhibiting broad receptor activity. The insertion of a multibasic cleavage site into the S proteins increased entry into human lung cells driven by most S proteins tested, suggesting that acquisition of a multibasic cleavage site might increase infectivity of diverse animal sarbecoviruses for the human respiratory tract. In contrast, two bat sarbecovirus S proteins drove cell entry in an ACE2-independent, trypsin-dependent fashion and several ACE2-dependent S proteins could switch to the ACE2-independent entry pathway when exposed to trypsin. Several TMPRSS2-related cellular proteases but not the insertion of a multibasic cleavage site into the S protein allowed for ACE2-independent entry in the absence of trypsin and may support viral spread in the respiratory tract. Finally, the pan-sarbecovirus antibody S2H97 enhanced cell entry driven by two S proteins and this effect was reversed by trypsin. Similarly, plasma from quadruple vaccinated individuals neutralized entry driven by all S proteins studied, and use of the ACE2-independent, trypsin-dependent pathway reduced neutralization sensitivity. In sum, our study reports a pathway for entry into human cells that is ACE2-independent, supported by TMPRSS2-related proteases and associated with antibody evasion.

Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus (KSHV) is the causative agent of Kaposi's sarcoma and is associated with two B cell malignancies, primary effusion lymphoma and the plasmablastic variant of multicentric Castleman's disease. EphA2 functions as a cellular receptor for the gH/gL glycoprotein complex of KSHV for several adherent cell types. KSHV gH/gL was previously shown to also weakly interact with other members of the Eph family of receptors. Whether these interactions are of functional consequence remained unclear so far, even if other A-type Ephs were shown to be able to compensate for absence of EphA2 in overexpression systems. Here, we demonstrate for the first time that endogenously expressed EphA7 in BJAB B cells is critical for the cell-to-cell transmission of KSHV from producer iSLK cells to BJAB target cells. The BJAB lymphoblastoid cell line often serves as a model for B cell infection and expresses only low levels of all Eph family receptors other than EphA7. Endogenous EphA7 could be precipitated from the cellular lysate of BJAB cells using recombinant gH/gL, and knockout of EphA7 significantly reduced transmission of KSHV into BJAB target cells by over 80%. Finally, we demonstrate that receptor function of EphA7 is conserved between cell-to-cell transmission of KSHV and cell-free infection by the related rhesus monkey rhadinovirus (RRV), which is relatively even more dependent on EphA7 for infection of BJAB cells.

ABSTRACT Kaposi’s sarcoma-associate herpesvirus (KSHV) is a human tumor virus. It is associated with Kaposi’s sarcoma, primary effusion lymphoma, and multicentric Castleman’s disease. KSHV is known to interact with several different receptors, among them heparan sulfate proteoglycans, Eph family receptors and integrins. We mutated the closely related rhesus monkey rhadinovirus in the known receptor interaction sites for Eph family and Plexin domain containing proteins and found it to still replicate on certain cells. This lytic virus was then used as a selection agent in a genome-wide CRISPR knockout screen, which identified TIM1 and NRP1 as host dependency factors. NRP1 is also host factor for the related Epstein-Barr virus and was recently reported to promote KSHV infection, which we confirm even if it functions with low efficiency on most cells and became functional only after ablation of the Eph receptor interaction. Further analysis through knockout and overexpression demonstrated that Tim-1 and the related Tim-4 are strong mediators of RRV and KSHV infection, in particular in the absence of other receptor interactions and even more pronounced for a KSHV mutant deleted in glycoprotein K8.1. Both Tim-1 and Tim-4 are heavily O-glycosylated phosphatidylserine (PS) receptors. For KSHV in particular, experiments with mutated Tim-1 and comparison to Ebola virus glycoprotein-driven entry indicate that the interaction with Tim-1 occurs through PS-binding by Tim-1 and suggest addition interaction in a PS-independent manner. The mucin-like domain of Tim-1 is critical for receptor function. Usage of Tim proteins for entry is a novelty for herpesviruses and underscores the unique biology of KSHV and RRV.

SUMMARY IMPORTIN-α3/MOS6 (MODIFIER OF SNC1, 6) is one of nine importin-α isoforms in Arabidopsis that recruit nuclear localization signal (NLS)-containing cargo proteins to the nuclear import machinery. IMP-α3 / MOS6 is required genetically for full autoimmunity of the nucleotide-binding leucine-rich repeat ( NLR ) immune receptor mutant snc1 ( suppressor of npr1-1, constitutive 1 ) and MOS6 also contributes to basal disease resistance. Here, we investigated the contribution of the other importin- α genes to both types of immune responses, and we analyzed potential interactions of all importin-α isoforms with SNC1. By using reverse-genetic analyses in Arabidopsis and protein-protein interaction assays in N. benthamiana we provide evidence that among the nine α-importins in Arabidopsis , IMP-α3/MOS6 is the main nuclear transport receptor of SNC1, and that IMP-α3 / MOS6 is required selectively for autoimmunity of snc1 and basal resistance to mildly virulent Pseudomonas syringae in Arabidopsis . SIGNIFICANCE STATEMENT Specific requirement for the Arabidopsis α-importin MOS6 in snc1 -mediated autoimmunity is explained by selective formation of MOS6-SNC1 nuclear import complexes.

ABSTRACT The interferon-induced transmembrane proteins (IFITMs) are broad-spectrum antiviral proteins that inhibit the entry of enveloped viruses. We analyzed the effect of IFITMs on the gamma2-herpesviruses Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus (KSHV) and the closely related rhesus monkey rhadinovirus (RRV). We used CRISPR/Cas9-mediated gene knockout to generate A549, human foreskin fibroblast (HFF) and human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) with combined IFITM1/2/3 knockout and identified IFITMs as cell type-dependent inhibitors of KSHV and RRV infection in A549 and HFF but not HUVEC. IFITM overexpression revealed IFITM1 as the relevant IFITM that inhibits KSHV and RRV infection. Fluorescent KSHV particles did not pronouncedly colocalize with IFITM-positive compartments. However, we found that KSHV and RRV glycoprotein-mediated cell-cell fusion is enhanced upon IFITM1/2/3 knockout. Taken together, we identified IFITM1 as a cell type-dependent restriction factor of KSHV and RRV that acts at the level of membrane fusion. Strikingly, we observed that the endotheliotropic KSHV circumvents IFITM-mediated restriction in HUVEC despite high IFITM expression, while influenza A virus (IAV) glycoprotein-driven entry into HUVEC is potently restricted by IFITMs even in the absence of interferon. IMPORTANCE IFITM proteins are the first line of defense against infection by many pathogens, which may also have therapeutic importance, as they, among other effectors, mediate the antiviral effect of interferons. Neither their function against herpesviruses nor their mechanism of action are well understood. We report here that in some cells, but not in, for example, primary umbilical vein endothelial cells, IFITM1 restricts KSHV and RRV, and that, mechanistically, this is likely effected by reducing the fusogenicity of the cell membrane. Further, we demonstrate potent inhibition of IAV glycoprotein-driven infection of cells of extrapulmonary origin by high constitutive IFITM expression.