T cell-mediated immunity may play a critical role in controlling and establishing protective immunity against SARS-CoV-2 infection; yet the repertoire of viral epitopes responsible for T cell response activation remains mostly unknown. Identification of viral peptides presented on class I human leukocyte antigen (HLA-I) can reveal epitopes for recognition by cytotoxic T cells and potential incorporation into vaccines. Here, we report the first HLA-I immunopeptidome of SARS-CoV-2 in two human cell lines at different times post-infection using mass spectrometry. We found HLA-I peptides derived not only from canonical ORFs, but also from internal out-of-frame ORFs in Spike and Nucleoprotein not captured by current vaccines. Proteomics analyses of infected cells revealed that SARS-CoV-2 may interfere with antigen processing and immune signaling pathways. Based on the endogenously processed and presented viral peptides that we identified, we estimate that a pool of 24 peptides would provide one or more peptides for presentation by at least one HLA allele in 99% of the human population. These biological insights and the list of naturally presented SARS-CoV-2 peptides will facilitate data-driven selection of peptides for immune monitoring and vaccine development.

ABSTRACT The lack of coronavirus-specific antiviral drugs has instigated multiple drug repurposing studies to redirect previously approved medicines for the treatment of SARS-CoV-2, the coronavirus behind the ongoing COVID-19 pandemic. A recent, large-scale, retrospective clinical study showed that famotidine, when administered at a high dose to hospitalized COVID-19 patients, reduced the rates of intubation and mortality. A separate, patient-reported study associated famotidine use with improvements in mild to moderate symptoms such as cough and shortness of breath. While a prospective, multi-center clinical study is ongoing, two parallel in silico studies have proposed one of the two SARS-CoV-2 proteases, 3CL pro or PL pro , as potential molecular targets of famotidine activity; however, this remains to be experimentally validated. In this report, we systematically analyzed the effect of famotidine on viral proteases and virus replication. Leveraging a series of biophysical and enzymatic assays, we show that famotidine neither binds with nor inhibits the functions of 3CL pro and PL pro . Similarly, no direct antiviral activity of famotidine was observed at concentrations of up to 200 μM, when tested against SARS-CoV-2 in two different cell lines, including a human cell line originating from lungs, a primary target of COVID-19. These results rule out famotidine as a direct-acting inhibitor of SARS-CoV-2 replication and warrant further investigation of its molecular mechanism of action in the context of COVID-19.

ABSTRACT Targeted synthetic vaccines have the potential to transform our response to viral outbreaks; yet the design of these vaccines requires a comprehensive knowledge of viral immunogens, including T-cell epitopes. Having previously mapped the SARS-CoV-2 HLA-I landscape, here we report viral peptides that are naturally processed and loaded onto HLA-II complexes in infected cells. We identified over 500 unique viral peptides from canonical proteins, as well as from overlapping internal open reading frames (ORFs), revealing, for the first time, the contribution of internal ORFs to the HLA-II peptide repertoire. Most HLA-II peptides co-localized with the known CD4+ T cell epitopes in COVID-19 patients. We also observed that two reported immunodominant regions in the SARS-CoV-2 membrane protein are formed at the level of HLA-II presentation. Overall, our analyses show that HLA-I and HLA-II pathways target distinct viral proteins, with the structural proteins accounting for most of the HLA-II peptidome and non-structural and non-canonical proteins accounting for the majority of the HLA-I peptidome. These findings highlight the need for a vaccine design that incorporates multiple viral elements harboring CD4+ and CD8+ T cell epitopes to maximize the vaccine effectiveness.

COVID-19 caused by SARS-CoV-2 has become a global pandemic requiring the development of interventions for the prevention or treatment to curtail mortality and morbidity. No vaccine to boost mucosal immunity or as a therapeutic has yet been developed to SARS-CoV-2. In this study we discover and characterize a cross-reactive human IgA monoclonal antibody, MAb362. MAb362 binds to both SARS-CoV and SARS-CoV-2 spike proteins and competitively blocks hACE2 receptor binding, by completely overlapping the hACE2 structural binding epitope. Furthermore, MAb362 IgA neutralizes both pseudotyped SARS-CoV and SARS-CoV-2 in human epithelial cells expressing hACE2. SARS-CoV-2 specific IgA antibodies, such as MAb362, may provide effective immunity against SARS-CoV-2 by inducing mucosal immunity within the respiratory system, a potentially critical feature of an effective vaccine.