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

Antibody-based interventions against SARS-CoV-2 could limit morbidity, mortality, and possibly transmission. An anticipated correlate of such countermeasures is the level of neutralizing antibodies against the SARS-CoV-2 spike protein, which engages with host ACE2 receptor for entry. Using an infectious molecular clone of vesicular stomatitis virus (VSV) expressing eGFP as a marker of infection, we replaced the glycoprotein gene (G) with the spike protein of SARS-CoV-2 (VSV-eGFP-SARS-CoV-2) and developed a high-throughput-imaging-based neutralization assay at biosafety level 2. We also developed a focus-reduction neutralization test with a clinical isolate of SARS-CoV-2 at biosafety level 3. Comparing the neutralizing activities of various antibodies and ACE2-Fc soluble decoy protein in both assays revealed a high degree of concordance. These assays will help define correlates of protection for antibody-based countermeasures and vaccines against SARS-CoV-2. Additionally, replication-competent VSV-eGFP-SARS-CoV-2 provides a tool for testing inhibitors of SARS-CoV-2 mediated entry under reduced biosafety containment.

Abstract Both gastrointestinal symptoms and fecal shedding of SARS-CoV-2 RNA have been frequently observed in COVID-19 patients. However, whether SARS-CoV-2 replicate in the human intestine and its clinical relevance to potential fecal-oral transmission remain unclear. Here, we demonstrate productive infection of SARS-CoV-2 in ACE2+ mature enterocytes in human small intestinal enteroids. In addition to TMPRSS2, another mucosa-specific serine protease, TMPRSS4, also enhanced SARS-CoV-2 spike fusogenic activity and mediated viral entry into host cells. However, newly synthesized viruses released into the intestinal lumen were rapidly inactivated by human colonic fluids and no infectious virus was recovered from the stool specimens of COVID-19 patients. Our results highlight the intestine as a potential site of SARS-CoV-2 replication, which may contribute to local and systemic illness and overall disease progression.

ABSTRACT Antibody-based interventions against SARS-CoV-2 could limit morbidity, mortality, and possibly disrupt epidemic transmission. An anticipated correlate of such countermeasures is the level of neutralizing antibodies against the SARS-CoV-2 spike protein, yet there is no consensus as to which assay should be used for such measurements. Using an infectious molecular clone of vesicular stomatitis virus (VSV) that expresses eGFP as a marker of infection, we replaced the glycoprotein gene (G) with the spike protein of SARS-CoV-2 (VSV-eGFP-SARS-CoV-2) and developed a high-throughput imaging-based neutralization assay at biosafety level 2. We also developed a focus reduction neutralization test with a clinical isolate of SARS-CoV-2 at biosafety level 3. We compared the neutralizing activities of monoclonal and polyclonal antibody preparations, as well as ACE2-Fc soluble decoy protein in both assays and find an exceptionally high degree of concordance. The two assays will help define correlates of protection for antibody-based countermeasures including therapeutic antibodies, immune γ-globulin or plasma preparations, and vaccines against SARS-CoV-2. Replication-competent VSV-eGFP-SARS-CoV-2 provides a rapid assay for testing inhibitors of SARS-CoV-2 mediated entry that can be performed in 7.5 hours under reduced biosafety containment.

Abstract Cholesterol 25-hydroxylase (CH25H) is an interferon-stimulated gene (ISG) that shows broad antiviral activities against a wide range of enveloped viruses. Here, using an ISG screen against VSV-SARS-CoV and VSV-SARS-CoV-2 chimeric viruses, we identified CH25H and its enzymatic product 25-hydroxycholesterol (25HC) as potent inhibitors of virus replication. Mechanistically, internalized 25HC accumulates in the late endosomes and blocks cholesterol export, thereby restricting SARS-CoV-2 spike protein catalyzed membrane fusion. Our results highlight a unique antiviral mechanism of 25HC and provide the molecular basis for its possible therapeutic development.

Abstract Pathogenic coronaviruses represent a major threat to global public health. Here, using a recombinant reporter virus-based compound screening approach, we identified several small-molecule inhibitors that potently block the replication of the newly emerged severe acute respiratory syndrome virus 2 (SARS-CoV-2). Among them, JIB-04 inhibited SARS-CoV-2 replication in Vero E6 cells with an EC 50 of 695 nM, with a specificity index of greater than 1,000. JIB-04 showed in vitro antiviral activity in multiple cell types against several DNA and RNA viruses, including porcine coronavirus transmissible gastroenteritis virus. In an in vivo porcine model of coronavirus infection, administration of JIB-04 reduced virus infection and associated tissue pathology, which resulted in improved weight gain and survival. These results highlight the potential utility of JIB-04 as an antiviral agent against SARS-CoV-2 and other viral pathogens.

Abstract Congenital heart disease (CHD) is the most common cause of major birth defects, with a prevalence of 1%. Although an increasing number of studies reporting the etiology of CHD, the findings scattered throughout the literature are difficult to retrieve and utilize in research and clinical practice. We therefore developed CHDbase, an evidence-based knowledgebase with CHD-related genes and clinical manifestations manually curated from 1114 publications, linking 1124 susceptibility genes and 3591 variations to more than 300 CHD types and related syndromes. Metadata such as the information of each publication and the selected population and samples, the strategy of studies, and the major findings of study were integrated with each item of research record. We also integrated functional annotations through parsing ~50 databases/tools to facilitate the interpretation of these genes and variations in disease pathogenicity. We further prioritized the significance of these CHD-related genes with a gene interaction network approach, and extracted a core CHD sub-network with 163 genes. The clear genetic landscape of CHD enables the phenotype classification based on the shared genetic origin. Overall, CHDbase provides a comprehensive and freely available resource to study CHD susceptibility, supporting a wide range of users in the scientific and medical communities. CHDbase is accessible at http://chddb.fwgenetics.org/ .

ABSTRACT Since the beginning of the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, much effort has been dedicated to identifying effective antivirals against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). A number of calpain inhibitors show excellent antiviral activities against SARS-CoV-2 by targeting the viral main protease (M pro ), which plays an essential role in processing viral polyproteins. In this study, we found that calpain inhibitors potently inhibited the infection of a chimeric vesicular stomatitis virus (VSV) encoding the SARS-CoV-2 spike protein, but not M pro . In contrast, calpain inhibitors did not exhibit antiviral activities towards the wild-type VSV with its native glycoprotein. Genetic knockout of calpain-2 by CRISPR/Cas9 conferred resistance of the host cells to the chimeric VSV-SARS-CoV-2 virus and a clinical isolate of wild-type SARS-CoV-2. Mechanistically, calpain-2 facilitates SARS-CoV-2 spike protein-mediated cell attachment by positively regulating the cell surface levels of ACE2. These results highlight an M pro -independent pathway targeted by calpain inhibitors for efficient viral inhibition. We also identify calpain-2 as a novel host factor and a potential therapeutic target responsible for SARS-CoV-2 infection at the entry step.

Abstract Omicron B.1.1.529 became the predominant SARS-CoV-2 variant in early 2022, causing a new wave of public anxiety. Compared to the ancestral strain, Omicron has 50 mutations, with over 30 mutations in the spike protein. These differences likely underlie the changes in Omicron biology noted in other studies, including an attenuation in the lung parenchyma, compared to the ancestral SARS-CoV-2 strain and other variants, as well as a preference for endosomal entry, in place of the TMPRSS2-mediated membrane fusion pathway. This raises questions on Omicron tropism and infectivity in various target organ systems, including the gastrointestinal (GI) tract. Up to 70% of COVID-19 patients report GI symptoms, including nausea, vomiting, and diarrhea. Here, we show that in the context of donor intrinsic genetic heterogeneity, the SARS-CoV-2 Omicron variant infects human colonoids similarly, if not less effectively, than the ancestral WT (WA1) strain or the Delta variant. Additionally, we note a higher ratio of viral RNA to infectious virus titer, which may suggest that Omicron is potentially less infectious in the intestine. This study lays the foundation for further work defining mechanisms mediating intestinal infection and pathogenesis by Omicron.

ABSTRACT Rotavirus (RV)-encoded non-structural protein 1 (NSP1), the product of gene segment 5, effectively antagonizes host interferon (IFN) signaling via multiple mechanisms. Recent studies with the newly established RV reverse genetics system indicate that NSP1 is not essential for the replication of simian RV SA11 strain in cell culture. However, the role of NSP1 in RV infection in vivo remains poorly characterized due to the limited replication of heterologous simian RVs in the suckling mouse model. Here, we used an optimized reverse genetics system and successfully recovered recombinant murine RVs with or without NSP1 expression. While the NSP1-null virus replicated comparably with the parental murine RV in IFN-deficient and IFN-competent cell lines in vitro , it was highly attenuated in 5-day-old wild-type suckling pups. In the absence of NSP1 expression, murine RV had significantly reduced replication in the ileum, systemic spread to mesenteric lymph nodes, fecal shedding, diarrhea occurrence, and transmission to uninoculated littermates. Of interest, the replication and pathogenesis defects of NSP1-null RV were only minimally rescued in Stat1 knockout pups, suggesting that NSP1 facilitates RV replication in an IFN-independent manner. Our findings highlight a pivotal function of NSP1 during homologous RV infections in vivo and identify NSP1 as an ideal viral protein for targeted attenuation for future vaccine development. IMPORTANCE Rotavirus remains one of the most important causes of severe diarrhea and dehydration in young children worldwide. Although NSP1 is dispensable for rotavirus replication in cell culture, its exact role in virus infection in vivo remains unclear. In this study, we demonstrate that in the context of a fully replication-competent, pathogenic, and transmissible murine rotavirus, loss of NSP1 expression substantially attenuated virus replication in the gastrointestinal tract, diarrheal disease, and virus transmission in suckling mice. Notably, the NSP1-deficient murine rotavirus also replicated poorly in mice lacking host interferon signaling. Our data provide the first piece of evidence that NSP1 is essential for murine rotavirus replication in vivo , making it an attractable target for developing improved next-generation rotavirus vaccines better suited for socioeconomically disadvantaged and immunocompromised individuals.