We assessed the in vitro antiviral activity of remdesivir and its parent nucleoside GS-441524, molnupiravir and its parent nucleoside EIDD-1931 and the viral protease inhibitor nirmatrelvir against the ancestral SARS-CoV2 strain and the five variants of concern including Omicron. VeroE6-GFP cells were pre-treated overnight with serial dilutions of the compounds before infection. The GFP signal was determined by high-content imaging on day 4 post-infection. All molecules have equipotent antiviral activity against the ancestral virus and the VOCs Alpha, Beta, Gamma, Delta and Omicron. These findings are in line with the observation that the target proteins of these antivirals (respectively the viral RNA dependent RNA polymerase and the viral main protease Mpro) are highly conserved.

Emergence of SARS-CoV-2 causing COVID-19 has resulted in hundreds of thousands of deaths. In search for key targets of effective therapeutics, robust animal models mimicking COVID-19 in humans are urgently needed. Here, we show that Syrian hamsters, in contrast to mice, are highly permissive to SARS-CoV-2 and develop bronchopneumonia and strong inflammatory responses in the lungs with neutrophil infiltration and edema, further confirmed as consolidations visualized by micro-CT alike in clinical practice. Moreover, we identify an exuberant innate immune response as key player in pathogenesis, in which STAT2 signaling plays a dual role, driving severe lung injury on the one hand, yet restricting systemic virus dissemination on the other. Our results reveal the importance of STAT2-dependent interferon responses in the pathogenesis and virus control during SARS-CoV-2 infection and may help rationalizing new strategies for the treatment of COVID-19 patients.

Introductory paragraph Since the emergence of SARS-CoV-2 causing COVID-19, the world is being shaken to its core with numerous hospitalizations and hundreds of thousands of deaths. In search for key targets of effective therapeutics, robust animal models mimicking COVID-19 in humans are urgently needed. Here, we show that productive SARS-CoV-2 infection in the lungs of mice is limited and restricted by early type I interferon responses. In contrast, we show that Syrian hamsters are highly permissive to SARS- CoV-2 and develop bronchopneumonia and a strong inflammatory response in the lungs with neutrophil infiltration and edema. Moreover, we identify an exuberant innate immune response as a key player in pathogenesis, in which STAT2 signaling plays a dual role, driving severe lung injury on the one hand, yet restricting systemic virus dissemination on the other. Finally, we assess SARS-CoV- 2-induced lung pathology in hamsters by micro-CT alike used in clinical practice. Our results reveal the importance of STAT2-dependent interferon responses in the pathogenesis and virus control during SARS-CoV-2 infection and may help rationalizing new strategies for the treatment of COVID-19 patients.

Targeting host factors exploited by multiple viruses could offer broad-spectrum solutions for pandemic preparedness. Seventeen candidates targeting diverse functions emerged in a screen of 4,413 compounds for SARS-CoV-2 inhibitors. We demonstrated that lapatinib and other approved inhibitors of the ErbB family receptor tyrosine kinases suppress replication of SARS-CoV-2, Venezuelan equine encephalitis virus (VEEV), and other emerging viruses with a high barrier to resistance. Lapatinib suppressed SARS-CoV-2 entry and later stages of the viral life cycle and showed synergistic effect with the direct-acting antiviral nirmatrelvir. We discovered that ErbB1, 2 and 4 bind SARS-CoV-2 S1 protein and regulate viral and ACE2 internalization, and they are required for VEEV infection. In human lung organoids, lapatinib protected from SARS-CoV-2-induced activation of ErbB-regulated pathways implicated in non-infectious lung injury, pro-inflammatory cytokine production, and epithelial barrier injury. Lapatinib suppressed VEEV replication, cytokine production and disruption of the blood-brain barrier integrity in microfluidic-based human neurovascular units, and reduced mortality in a lethal infection murine model. We validated lapatinib-mediated inhibition of ErbB activity as an important mechanism of antiviral action. These findings reveal regulation of viral replication, inflammation, and tissue injury via ErbBs and establish a proof-of-principle for a repurposed, ErbB-targeted approach to combat emerging viruses.

Abstract We assessed the in vitro antiviral activity of remdesivir and its parent nucleoside GS-441524, molnupiravir and its parent nucleoside EIDD-1931 and the viral protease inhibitor nirmatrelvir against the ancestral SARS-CoV2 strain and the five variants of concern including Omicron. VeroE6-GFP cells were pre-treated overnight with serial dilutions of the compounds before infection. The GFP signal was determined by high-content imaging on day 4 post-infection. All molecules have equipotent antiviral activity against the ancestral virus and the VOCs Alpha, Beta, Gamma, Delta and Omicron. These findings are in line with the observation that the target proteins of these antivirals (respectively the viral RNA dependent RNA polymerase and the viral main protease Mpro) are highly conserved.

Abstract Influenza A virus (IAV) and influenza B virus (IBV) cause yearly epidemics with significant morbidity and mortality. When zoonotic IAVs enter the human population, the viral hemagglutinin (HA) requires adaptation to achieve sustained virus transmission. In contrast, IBV has been circulating in humans, its only host, for a long period of time. Whether this entailed adaptation of IBV HA to the human airways is unknown. To address this question, we compared seasonal IAV (A/H1N1 and A/H3N2) and IBV viruses (B/Victoria and B/Yamagata lineage) with regard to host-dependent activity of HA as the mediator of membrane fusion during viral entry. We first investigated proteolytic activation of HA, by covering all type II transmembrane serine protease (TTSP) and kallikrein enzymes, many of which proved present in human respiratory epithelium. Compared to IAV, the IBV HA0 precursor is cleaved by a broader panel of TTSPs and activated with much higher efficiency. Accordingly, knockdown of a single protease, TMPRSS2, was sufficient to abrogate spread of IAV but not IBV in human respiratory epithelial cells. Second, the HA fusion pH proved similar for IBV and human-adapted IAVs (one exception being HA of 1918 IAV). Third, IBV HA exhibited higher expression at 33°C, a temperature required for membrane fusion by B/Victoria HA. This indicates pronounced adaptation of IBV HA to the mildly acidic pH and cooler temperature of human upper airways. These distinct and intrinsic features of IBV HA are compatible with extensive host-adaptation during prolonged circulation of this respiratory virus in the human population. Importance Influenza epidemics are caused by influenza A (IAV) and influenza B (IBV) viruses. IBV causes substantial disease, however it is far less studied than IAV. While IAV originates from animal reservoirs, IBV circulates in humans only. Virus spread requires that the viral hemagglutinin (HA) is active and sufficiently stable in human airways. We here resolve how these mechanisms differ between IBV and IAV. Whereas human IAVs rely on one particular protease for HA activation, this is not the case for IBV. Superior activation of IBV by several proteases should enhance shedding of infectious particles. IBV HA exhibits acid-stability and a preference for 33°C, indicating pronounced adaptation to the human upper airways, where the pH is mildly acidic and a cooler temperature exists. These adaptive features are rationalized by the long existence of IBV in humans, and may have broader relevance for understanding the biology and evolution of respiratory viruses.

ABSTRACT Although vaccines are currently used to control the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, treatment options are urgently needed for those who cannot be vaccinated and for future outbreaks involving new severe acute respiratory syndrome coronavirus virus 2 (SARS-CoV-2) strains or coronaviruses not covered by current vaccines. Thus far, few existing antivirals are known to be effective against SARS-CoV-2 and clinically successful against COVID-19. As part of an immediate response to the COVID-19 pandemic, a high-throughput, high content imaging–based SARS-CoV-2 infection assay was developed in VeroE6-eGFP cells and was used to screen a library of 5676 compounds that passed phase 1 clinical trials. Eight candidates (nelfinavir, RG-12915, itraconazole, chloroquine, hydroxychloroquine, sematilide, remdesivir, and doxorubicin) with in vitro anti–SARS-CoV-2 activity in VeroE6-eGFP and/or Caco-2 cell lines were identified. However, apart from remdesivir, toxicity and pharmacokinetic data did not support further clinical development of these compounds for COVID-19 treatment.

Abstract Comparable to the related Ebola virus, Marburg virus is an emerging zoonotic pathogen that causes hemorrhagic fever with a high mortality rate. Therefore, handling of Ebola virus and Marburg virus is limited to biosafety level 4 facilities, of which only a limited number exists worldwide. However, researchers have developed several virus alternatives that are safe to handle in lower biosafety settings. One particularly interesting approach is the engineering of biologically contained Ebola virus by removing an essential gene from the virus genome and providing this missing gene in trans in a specific cell line. Because the virus is confined to this specific cell line, this results in a system that is safe to handle. So far, Ebola virus is the only virus for which biological containment has been reported. Here, we describe the first successful rescue of biologically contained Marburg virus and demonstrate that biological containment is also feasible for other filoviruses. Specifically, we describe the development of containment cell lines for Marburg virus through lentiviral transduction and show the growth and safety characteristics of eGFP-expressing, biologically contained Marburg virus in these cell lines. Additionally, we exploited this newly established Marburg virus system to screen over 500 compounds from available libraries. Lastly, we also validated the applicability of our biologically contained Marburg virus system in a 384-well format, to further illustrate the usefulness of this novel system as an alternative for high-throughput MARV screening of compound libraries.

Abstract Ebola virus (EBOV) and related filoviruses such as Sudan virus (SUDV) threaten global public health. Effective filovirus vaccines are available only for EBOV, yet restricted to emergency use considering a high reactogenicity and demanding logistics. Here we present YF-EBO, a live YF17D-vectored dual-target vaccine candidate expressing EBOV-glycoprotein (GP) as protective antigen. Safety of YF-EBO in mice was further improved over that of parental YF17D vaccine. A single dose of YF-EBO was sufficient to induce high levels of EBOV-GP specific antibodies and cellular immune responses, that protected against lethal infection using EBOV-GP-pseudotyped recombinant vesicular stomatitis virus (rVSV-EBOV) in interferon-deficient ( Ifnar -/- ) mice as surrogate challenge model. Concomitantly induced yellow fever virus (YFV)-specific immunity protected Ifnar -/- mice against intracranial YFV challenge. YF-EBO could thus help to simultaneously combat both EBOV and YFV epidemics. Finally, we demonstrate how to target other highly pathogenic filoviruses such as SUDV at the root of a current outbreak in Uganda.

Abstract Despite recent advancements in the development of vaccines and monoclonal antibody therapies for Ebola virus disease, treatment options remain limited. Moreover, management and containment of Ebola virus outbreaks is often hindered by the remote nature of the locations in which the outbreaks originate. Small-molecule compounds offer the advantage of being relatively cheap and easy to produce, transport and store, making them an interesting modality for the development of novel therapeutics against Ebola virus disease. Furthermore, the repurposing of small-molecule compounds, previously developed for alternative applications, can aid in reducing the time needed to bring potential therapeutics from bench to bedside. For this purpose, the Medicines for Malaria Venture provides collections of previously developed small-molecule compounds for screening against other infectious diseases. In this study, we used biologically contained Ebola virus to screen over 4,200 small-molecule drugs and drug-like compounds provided by the Medicines for Malaria Venture (i.e., the Pandemic Response Box and the COVID Box) and the Centre for Drug Design and Discovery (CD3, KU Leuven, Belgium). In addition to confirming known Ebola virus inhibitors, illustrating the validity of our screening assays, we identified eight novel selective Ebola virus inhibitors. Although the inhibitory potential of these compounds remains to be validated in vivo, they represent interesting compounds for the study of potential interventions against Ebola virus disease and might serve as a basis for the development of new therapeutics.