Protective neutralizing antibodies Antibodies produced by survivors of coronavirus disease 2019 (COVID-19) may be leveraged to develop therapies. A first step is identifying neutralizing antibodies, which confer strong protection against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Rogers et al. used a high-throughput pipeline to isolate and characterize monoclonal antibodies from convalescent donors. Antibodies were selected for binding to the viral spike protein, which facilitates entry into host cells by binding to the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor. Most isolated antibodies bound to regions of the spike outside of the receptor binding domain (RBD); however, a larger proportion of the RBD-binding antibodies were neutralizing, with the most potent binding at a site that overlaps the ACE2 binding site. Two of the neutralizing antibodies were tested in Syrian hamsters and provided protection against SARS-CoV-2 infection. Science , this issue p. 956

Sulfur fluoride exchange (SuFEx) has emerged as the new generation of click chemistry. We report here a SuFEx-enabled, agnostic approach for the discovery and optimization of covalent inhibitors of human neutrophil elastase (hNE). Evaluation of our ever-growing collection of SuFExable compounds toward various biological assays unexpectedly revealed a selective and covalent hNE inhibitor: benzene-1,2-disulfonyl fluoride. Synthetic derivatization of the initial hit led to a more potent agent, 2-(fluorosulfonyl)phenyl fluorosulfate with IC 50 0.24 μM and greater than 833-fold selectivity over the homologous neutrophil serine protease, cathepsin G. The optimized, yet simple benzenoid probe only modified active hNE and not its denatured form.

Optimization of small-molecule probes or drugs is a synthetically lengthy, challenging, and resource-intensive process. Lack of automation and reliance on skilled medicinal chemists is cumbersome in both academic and industrial settings. Here, we demonstrate a high-throughput hit-to-lead process based on the biocompatible sulfur(VI) fluoride exchange (SuFEx) click chemistry. A high-throughput screening hit benzyl (cyanomethyl)carbamate (Ki = 8 μM) against a bacterial cysteine protease SpeB was modified with a SuFExable iminosulfur oxydifluoride [RN═S(O)F2] motif, rapidly diversified into 460 analogs in overnight reactions, and the products were directly screened to yield drug-like inhibitors with 480-fold higher potency (Ki = 18 nM). We showed that the improved molecule is active in a bacteria-host coculture. Since this SuFEx linkage reaction succeeds on picomole scale for direct screening, we anticipate our methodology can accelerate the development of robust biological probes and drug candidates.

ABSTRACT The development of countermeasures to prevent and treat COVID-19 is a global health priority. In under 7 weeks, we enrolled a cohort of SARS-CoV-2-recovered participants, developed neutralization assays to interrogate serum and monoclonal antibody responses, adapted our high throughput antibody isolation, production and characterization pipeline to rapidly screen over 1000 antigen-specific antibodies, and established an animal model to test protection. We report multiple highly potent neutralizing antibodies (nAbs) and show that passive transfer of a nAb provides protection against high-dose SARS-CoV-2 challenge in Syrian hamsters. The study suggests a role for nAbs in prophylaxis, and potentially therapy, of COVID-19. The nAbs define protective epitopes to guide vaccine design.

The pathogenic bacterium Staphylococcus aureus actively evades many aspects of human innate immunity by expressing a series of small inhibitory proteins. A number of these proteins inhibit the complement system, which labels bacteria for phagocytosis and generates inflammatory chemoattractants. Although the majority of staphylococcal complement inhibitors act on the alternative pathway to block the amplification loop, only a few proteins act on the initial recognition cascades that constitute the classical pathway (CP) and lectin pathway (LP). We screened a collection of recombinant, secreted staphylococcal proteins to determine whether S. aureus produces other molecules that inhibit the CP and/or LP. Using this approach, we identified the extracellular adherence protein (Eap) as a potent, specific inhibitor of both the CP and LP. We found that Eap blocked CP/LP-dependent activation of C3, but not C4, and that Eap likewise inhibited deposition of C3b on the surface of S. aureus cells. In turn, this significantly diminished the extent of S. aureus opsonophagocytosis and killing by neutrophils. This combination of functional properties suggested that Eap acts specifically at the level of the CP/LP C3 convertase (C4b2a). Indeed, we demonstrated a direct, nanomolar-affinity interaction of Eap with C4b. Eap binding to C4b inhibited binding of both full-length C2 and its C2b fragment, which indicated that Eap disrupts formation of the CP/LP C3 proconvertase (C4b2). As a whole, our results demonstrate that S. aureus inhibits two initiation routes of complement by expression of the Eap protein, and thereby define a novel mechanism of immune evasion.

Significance The HA glycoprotein enables viral entry into host cells and is the main target for antibodies in our immune system. While HA has now been established as a validated target for drug discovery, no FDA-approved small molecules are available that specifically prevent HA from binding host receptors or inhibit its membrane fusion activity and, thus, prevent infection. We, therefore, designed a fluorescence polarization probe to enable rapid identification of small molecules that bind to the stem fusion machinery of group 1 HAs. Application of our assay yielded a small molecule to the influenza A group 1 HA stem with antiviral efficacy.

Effector T cells comprise the cellular arm of the adaptive immune system and are essential for mounting immune responses against pathogens and cancer. To reach effector status, costimulation through CD28 is required. Here, we report that sialic acid-containing glycans on the surface of both T cells and APCs are alternative ligands of CD28 that compete with binding to its well-documented activatory ligand CD80 on the APC, resulting in attenuated costimulation. Removal of sialic acids enhances antigen-mediated activation of naïve T cells and also increases the revival of effector T cells made hypofunctional or exhausted via chronic viral infection. This occurs through a mechanism that is synergistic with antibody blockade of the inhibitory PD-1 axis. These results reveal a previously unrecognized role of sialic acid ligands in attenuation of CD28-mediated costimulation of T cells.

Diversity Oriented Clicking (DOC) is a discovery method geared toward the rapid synthesis of functional libraries. It combines the best attributes of both classical and modern click chemistries. DOC strategies center upon the chemical diversification of core “SuFExable” hubs—exemplified by 2-Substituted-Alkynyl-1-Sulfonyl Fluorides (SASFs)—enabling the modular assembly of compounds through multiple reaction pathways. We report here a range of stereoselective Michael-type addition pathways from SASF hubs including reactions with secondary amines, carboxylates, 1 H -1,2,3-triazole, and halides. These high yielding conjugate addition pathways deliver unprecedented β-substituted alkenyl sulfonyl fluorides as single isomers with minimal purification, greatly enriching the repertoire of DOC and holding true to the fundamentals of modular click chemistry. Further, we demonstrate the potential for biological function – a key objective of click chemistry – of this family of SASF-derived molecules as covalent inhibitors of human neutrophil elastase.

Abstract Neutrophils contain high levels of chymotrypsin‐like serine proteases (NSPs) within their azurophilic granules that have a multitude of functions within the immune system. In response, the pathogen Staphylococcus aureus has evolved three potent inhibitors (Eap, EapH1, and EapH2) that protect the bacterium as well as several of its secreted virulence factors from the degradative action of NSPs. We previously showed that these so‐called EAP domain proteins represent a novel class of NSP inhibitors characterized by a non‐covalent inhibitory mechanism and a distinct target specificity profile. Based upon high levels of structural homology amongst the EAP proteins and the NSPs, as well as supporting biochemical data, we predicted that the inhibited complex would be similar for all EAP/NSP pairs. However, we present here evidence that EapH1 and EapH2 bind the canonical NSP, Neutrophil Elastase (NE), in distinct orientations. We discovered that alteration of EapH1 residues at the EapH1/NE interface caused a dramatic loss of affinity and inhibition of NE, while mutation of equivalent positions in EapH2 had no effect on NE binding or inhibition. Surprisingly, mutation of residues in an altogether different region of EapH2 severely impacted both the NE binding and inhibitory properties of EapH2. Even though EapH1 and EapH2 bind and inhibit NE and a second NSP, Cathepsin G, equally well, neither of these proteins interacts with the structurally related, but non‐proteolytic granule protein, azurocidin. These studies expand our understanding of EAP/NSP interactions and suggest that members of this immune evasion protein family are capable of diverse target recognition modes.

Abstract The extracellular adherence protein (Eap) plays a crucial role in pathogenesis and survival of Staphylococcus aureus by inhibiting the classical and lectin pathways of complement. We have previously shown that Eap binds with nanomolar affinity to complement C4b and disrupts the initial interaction between C4b and C2, thereby inhibiting formation of the classical and lectin pathway C3 pro‐convertase. Although an underlying mechanism has been identified, the structural basis for Eap binding to C4b is poorly understood. Here, we show that Eap domains 3 and 4 each contain a low‐affinity, but saturable binding site for C4b. Taking advantage of the high lysine content of Eap, we used a zero‐length crosslinking approach to map the Eap binding site to both the α′‐ and γ‐chains of C4b. We also probed the C4b/Eap interface through a chemical footprinting approach involving lysine modification, proteolytic digestion, and mass spectrometry. This identified seven lysines in Eap that undergo changes in solvent exposure upon C4b binding. We found that simultaneous mutation of these lysines to either alanine or glutamate diminished C4b binding and complement inhibition by Eap. Together, our results provide insight into Eap recognition of C4b, and suggest that the repeating domains that comprise Eap are capable of multiple ligand‐binding modes.