Unveiling the Zika virus The ongoing Zika virus epidemic is of grave concern because of its apparent links to congenital microcephaly and Guillain-Barré syndrome. Sirohi et al. present a near-atomic-resolution structure of mature Zika virus determined by cryo-electron microscopy. The structure is mainly similar to that of other flaviviruses such as dengue virus; however, there are differences in a region that may be involved in binding to host receptors. The structure provides a foundation for analysis of the antigenicity and pathogenesis of Zika virus. Science , this issue p. 467

Striking antibody evasion by emerging circulating SARS-CoV-2 variants drives the identification of broadly neutralizing antibodies (bNAbs). However, how a bNAb acquires increased neutralization breadth during antibody evolution is still elusive. Here, we identified a clonally-related antibody family from a convalescent individual. One of the members, XG005, exhibited potent and broad neutralizing activities against SARS-CoV-2 variants, while the other members showed significant reductions in neutralization breadth and potency, especially against the Omicron sublineages. Structural analysis visualizing the XG005-Omicron spike binding interface revealed how crucial somatic mutations endowed XG005 with greater neutralization potency and breadth. A single administration of XG005 with extended half-life, reduced antibody-dependent enhancement (ADE) effect, and increased antibody product quality, exhibited a high therapeutic efficacy in BA.2- and BA.5-challenged mice. Our results provided a natural example to show the importance of somatic hypermutation during antibody evolution for SARS-CoV-2 neutralization breadth and potency.

Abstract The size of an animal is determined by the size of its musculoskeletal system. Myoblast fusion is an innovative mechanism that allows for multinucleated muscle fibers to compound the size and strength of individual mononucleated cells. However, the evolutionary history of the control mechanism underlying this important process is currently unknown. The phylum Chordata hosts closely related groups that span distinct myoblast fusion states: no fusion in cephalochordates, restricted fusion and multinucleation in tunicates, and extensive, obligatory fusion in vertebrates. To elucidate how these differences may have evolved, we studied the evolutionary origins and function of membrane-coalescing agents Myomaker and Myomixer in various groups of chordates. Here we report that Myomaker likely arose through gene duplication in the last common ancestor of tunicates and vertebrates, while Myomixer appears to have evolved de novo in early vertebrates. Functional tests revealed an unexpectedly complex evolutionary history of myoblast fusion in chordates. A pre-vertebrate phase of muscle multinucleation driven by Myomaker was followed by the later emergence of Myomixer that enables the highly efficient fusion system of vertebrates. Thus, our findings reveal the evolutionary origins of chordate-specific fusogens and illustrate how new genes can shape the emergence of novel morphogenetic traits and mechanisms.

Abstract The highly mutated and transmissible Omicron variant has provoked serious concerns over its decreased sensitivity to the current coronavirus disease 2019 (COVID-19) vaccines and evasion from most anti-severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) neutralizing antibodies (NAbs). In this study, we explored the possibility of combatting the Omicron variant by constructing bispecific antibodies based on non-Omicron NAbs. We engineered ten IgG-like bispecific antibodies with non-Omicron NAbs named GW01, 16L9, 4L12, and REGN10987 by fusing the single-chain variable fragments (scFvs) of two antibodies through a linker and then connecting them to the Fc region of IgG1. Surprisingly, eight out of ten bispecific antibodies showed high binding affinity to the Omicron receptor-binding domain (RBD) and exhibited extreme breadth and potency against pseudotyped SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs) including Omicron, as well as authentic Omicron(+R346K) variants. Six bispecific antibodies containing the cross-NAb GW01 neutralized Omicron variant and retained their abilities to neutralize other sarbecoviruses. Bispecific antibodies inhibited Omicron infection by binding to the ACE2 binding site. A cryo-electron microscopy (cryo-EM) structure study of the representative bispecific antibody FD01 in complex with the Omicron spike (S) revealed 5 distinct trimers and one unique bi-trimer conformation. The structure and mapping analyses of 34 Omicron S variant single mutants elucidated that two scFvs of the bispecific antibody synergistically induced the RBD-down conformation into 3-RBD-up conformation, enlarged the interface area, accommodated the S371L mutation, improved the affinity between a single IgG and the Omicron RBD, and hindered ACE2 binding by forming bi-trimer conformation. Our study offers an important foundation for anti-Omicron NAb design. Engineering bispecific antibodies based on non-Omicron NAbs may provide an efficient solution to combat the Omicron variant.

The entry of coronaviruses is initiated by spike recognition of host cellular receptors, involving proteinaceous and/or glycan receptors. Recently, TMPRSS2 was identified as the proteinaceous receptor for HCoV-HKU1 alongside sialoglycan as a glycan receptor. However, the underlying mechanisms for viral entry remain unknown. Here, we investigated the HCoV-HKU1C spike in the inactive, glycan-activated, and functionally anchored states, revealing that sialoglycan binding induces a conformational change of the NTD and promotes the neighboring RBD of the spike to open for TMPRSS2 recognition, exhibiting a synergistic mechanism for the entry of HCoV-HKU1. The RBD of HCoV-HKU1 features an insertion subdomain that recognizes TMPRSS2 through three previously undiscovered interfaces. Furthermore, structural investigation of HCoV-HKU1A in combination with mutagenesis and binding assays confirms a conserved receptor recognition pattern adopted by HCoV-HKU1. These studies advance our understanding of the complex viral-host interactions during entry, laying the groundwork for developing new therapeutics against coronavirus-associated diseases.

The continuous emergence of novel SARS-CoV-2 variants poses new challenges to the fight against the COVID-19 pandemic. The newly emerging Omicron strain caused serious immune escape and raised unprecedented concern all over the world. The development of antibody targeting conserved and universal epitope is urgently needed. A subset neutralizing antibody(nAbs) against COVID-19 from convalescent patients were isolated in our previous study. Here in this study, we investigated the accommodation of these nAbs to SARS-CoV-2 variants of concerns (VOCs), revealing that IgG 553-49 neutralizes pseudovirus of SARS-CoV-2 Omicron variant. In addition, we determined the cryo-EM structure of SARS-CoV-2 spike complexed with three antibodies targeting different epitopes, including 553-49, 553-15 and 553-60. Notably, 553-49 targets a novel conserved epitope and neutralizes virus by disassembling spike trimers. 553-15, an antibody that neutralizes all the other VOCs except omicron, cross-links two spike trimers to form trimer dimer, demonstrating that 553-15 neutralizes virus by steric hindrance and virion aggregation. These findings suggest the potential to develop 49 and other antibody targeting this highly conserved epitope as promising cocktail therapeutics reagent for COVID-19.

Abstract Dopamine (DA) is an essential neurotransmitter modulating motor and cognitive functions. Several neurological disorders, including Parkinson’s disease (PD) and drug addiction, are the result of DA system dysfunction; however, it remains incomplete understood of why DA neuron is selectively more vulnerable than other neurons. Here we utilize the spectral feature of human MAO B (monoamine oxidase B) to design a genetic-amenable, GFP-based fluorescent probe CyDAP. Upon genetic and pharmacological manipulations to elevate the cytosolic DA levels in cells and Drosophila models, CyDAP shows enhanced GFP emission, suggesting this probe is feasible for DA detection. Furthermore, we observe that expressing human α-Synuclein in Drosophila elicited GFP emission from CyDAP, suggesting a link between cytosolic DA imbalance and regional vulnerability in PD context. Importantly, CyDAP can detect the change of cytosolic DA in live Drosophila brains, as demonstrated by time-lapse and the 4D light-sheet confocal recording. CyDAP may serve as a tool for evaluating metabolic deregulation of DA in brain models of PD and other DA system-related psychiatric disorders.

Abstract Pregnancy Associated Malaria (PAM) threatens more than one million pregnant women and their infants in endemic regions due to poor outcomes. VAR2CSA plays a vital role in the cytoadherence of infected erythrocytes (IEs) to placenta against immuno-clearance via binding to Chondroitin sulfate A (CSA), which is displayed mostly on the surface of placental or tumor cells. In this study, we determined the cryo-EM structures of VAR2CSA ectodomain and its complex with CSA at a resolution of 3.6 Å and 3.4 Å, respectively and revealed that CSA binding induces significant conformational change for ligand accommodation. Beyond structural studies, we generated VAR2CSA fragments and mutation and evaluated their binding activity to either isolated CSA or placental and tumor cell line using multi-disciplinary techniques. The results showed that 9-site mutation in DBL2X abolished the CSA binding activity and also disrupted its binding to both placental and tumor cells. Overall, our work clearly elucidated the molecular mechanism of cytoadherence to placental or tumor cells through VAR2CSA. Which may facilitate new PAM vaccine development and improve the drug delivery systems targeting both placenta and tumors.

Liver zonation, essential for diverse physiological functions, is lacking in existing organoid models, hindering their ability to recapitulate liver development and pathogenesis. Addressing this gap, we explored the feasibility of achieving zonated organoid by co-culturing human embryonic stem cells (hESCs) derived hepatocytes with hESCs derived liver sinusoidal endothelial cells (LSECs) exhibiting characteristics of either the liver lobule's pericentral (PC) or periportal (PP) regions. Introducing zonated LSECs with variable WNT2 signaling subtly regulate hepatocyte zonation, resulting in noticeable metabolic function changes. Considering the lipid metabolism variations in PC and PP organoids, we constructed biomimetic zonated non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) organoids and revealed that glucagon-like peptide-1 receptor agonist (GLP-1RA) target LSECs, but not hepatocytes, indicating potential therapeutic mechanisms of GLP-1RA in NAFLD alleviation. This study highlights the crucial role of non-parenchymal cells in organoids for recapitulating niche heterogeneity, offering further insights for drug discovery and in vitro modeling of organ heterogeneity.