Abstract In face of the everlasting battle toward COVID-19 and the rapid evolution of SARS-CoV-2, no specific and effective drugs for treating this disease have been reported until today. Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), a receptor of SARS-CoV-2, mediates the virus infection by binding to spike protein. Although ACE2 is expressed in the lung, kidney, and intestine, its expressing levels are rather low, especially in the lung. Considering the great infectivity of COVID-19, we speculate that SARS-CoV-2 may depend on other routes to facilitate its infection. Here, we first discover an interaction between host cell receptor CD147 and SARS-CoV-2 spike protein. The loss of CD147 or blocking CD147 in Vero E6 and BEAS-2B cell lines by anti-CD147 antibody, Meplazumab, inhibits SARS-CoV-2 amplification. Expression of human CD147 allows virus entry into non-susceptible BHK-21 cells, which can be neutralized by CD147 extracellular fragment. Viral loads are detectable in the lungs of human CD147 (hCD147) mice infected with SARS-CoV-2, but not in those of virus-infected wild type mice. Interestingly, virions are observed in lymphocytes of lung tissue from a COVID-19 patient. Human T cells with a property of ACE2 natural deficiency can be infected with SARS-CoV-2 pseudovirus in a dose-dependent manner, which is specifically inhibited by Meplazumab. Furthermore, CD147 mediates virus entering host cells by endocytosis. Together, our study reveals a novel virus entry route, CD147-spike protein, which provides an important target for developing specific and effective drug against COVID-19.

Modeling SARS-CoV-2 in mice Among the research tools necessary to develop medical interventions to treat severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infections, high on the list are informative animal models with which to study viral pathogenesis. Gu et al. developed a mouse model in which a SARS-CoV-2 strain was infectious and could cause an inflammatory response and moderate pneumonia. Adaptation of this viral strain in the mouse appeared to be dependent on a critical amino acid change, Asn 501 to Tyr (N501Y), within the receptor-binding domain of the viral spike protein. The new mouse model was used to study neutralizing antibodies and a vaccine candidate against the virus. Science , this issue p. 1603

Antibody-dependent enhancement (ADE) of viral entry has been observed for many viruses. It was shown that antibodies target one serotype of viruses but only subneutralize another, leading to ADE of the latter viruses. Here we identify a novel mechanism for ADE: a neutralizing antibody binds to the surface spike protein of coronaviruses like a viral receptor, triggers a conformational change of the spike, and mediates viral entry into IgG Fc receptor-expressing cells through canonical viral-receptor-dependent pathways. We further evaluated how antibody dosages impacted viral entry into cells expressing viral receptor, Fc receptor, or both receptors. This study reveals complex roles of antibodies in viral entry and can guide future vaccine design and antibody-based drug therapy.

A steric block to SARS-CoV-2 In response to infection by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the immune system makes antibodies, many of which target the spike protein, a key player in host cell entry. Antibodies that potently neutralize the virus hold promise as therapeutics and could inform vaccine design. Lv et al. report a humanized monoclonal antibody that protected against SARS-CoV-2 in a mouse model. The cryo–electron microscopy structure, together with biochemical, cellular, and virological studies, showed that the antibody acts by binding to the receptor-binding domain of the spike and blocking its attachment to the host receptor. Science , this issue p. 1505

Human intestinal tract as an alternative route to acquire MERS-CoV infection.

Abstract The COVID-19 pandemic caused by the SARS-CoV-2 virus has resulted in an unprecedented public health crisis. There are no approved vaccines or therapeutics for treating COVID-19. Here we reported a humanized monoclonal antibody, H014, efficiently neutralizes SARS-CoV-2 and SARS-CoV pseudoviruses as well as authentic SARS-CoV-2 at nM level by engaging the S receptor binding domain (RBD). Importantly, H014 administration reduced SARS-CoV-2 titers in the infected lungs and prevented pulmonary pathology in hACE2 mouse model. Cryo-EM characterization of the SARS-CoV-2 S trimer in complex with the H014 Fab fragment unveiled a novel conformational epitope, which is only accessible when the RBD is in open conformation. Biochemical, cellular, virological and structural studies demonstrated that H014 prevents attachment of SARS-CoV-2 to its host cell receptors. Epitope analysis of available neutralizing antibodies against SARS-CoV and SARS-CoV-2 uncover broad cross-protective epitopes. Our results highlight a key role for antibody-based therapeutic interventions in the treatment of COVID-19. One sentence summary A potent neutralizing antibody conferred protection against SARS-CoV-2 in an hACE2 humanized mouse model by sterically blocking the interaction of the virus with its receptor.

Abstract The ongoing SARS-CoV-2 pandemic has brought an urgent need for animal models to study the pathogenicity of the virus. Herein, we generated and characterized a novel mouse-adapted SARS-CoV-2 strain, named MASCp36, that causes severe acute respiratory symptoms and mortality in standard laboratory mice. Particularly, this model exhibits age and gender related skewed distribution of mortality akin to severe COVID-19, and the 50% lethal dose (LD50) of MASCp36 was 58 PFU in 9-month-old, male BALB/c mice. Deep sequencing identified three amino acid substitutions, N501Y, Q493H, and K417N, subsequently emerged at the receptor binding domain (RBD) of MASCp36, during in vivo passaging. All three mutations in RBD significantly enhanced the binding affinity to its endogenous receptor, mouse ACE2 (mACE2). Cryo-electron microscopy (cryo-EM) analysis of human ACE2 (hACE2) or mACE2 in complex with the RBD of MASCp36 at 3.1 to 3.7 angstrom resolution elucidates molecular basis for the receptor-binding switch driven by specific amino acid substitutions. Interestingly, N501Y and Q493H enhanced the binding affinity to human ACE2 (hACE2); while triple mutations N501Y/Q493H/K417N decreased affinity to hACE2, thus led to the reduced infectivity of MASCp36 to human cells. Our study not only provides a robust platform for studying the pathogenesis of severe COVID-19 and rapid evaluation of coutermeasures against SARS-CoV-2, but also unveils the molecular mechanism for the rapid adaption and evolution of SARS-CoV-2 in human and animals. One sentence summary A mouse adapted SARS-CoV-2 strain that harbored specific amino acid substitutions in the RBD of S protein showed 100% mortality in aged, male BALB/c mice.

Abstract While SARS-CoV-2-specific T cells have been characterized to play essential roles in host immune protection in COVID-19 patients, few researches focus on the functional validation of T cell epitopes and development of vaccines inducing specific T cell responses. In this study, 120 CD8 + T cell epitopes from E, M, N, S and RdRp proteins were validated. Among them, 110 epitopes have not been reported previously; 110, 15, 6, 14 and 12 epitopes were highly homologous with SARS-CoV, OC43, NL63, HKU1, and 229E, respectively; 4 epitopes from S protein displayed one amino acid distinct from the current variants of SARS-CoV-2. Thirty-one epitopes restricted by HLA-A2 molecule were used to generate peptide cocktail vaccines in combination with Poly(I:C), R848 or polylactic-co-glycolic acid nanoparticles, which elicited robust specific CD8 + T cell responses in wild-type and HLA-A2/DR1 transgenic mice. Seven of the 31 epitopes were found to be cross-presented by HLA-A2 and H-2K/D b molecules. Unlike previous researches, this study established a modified cell co-culture system of DC-peptide-PBL using healthy donor’s PBMCs to validate the CD8 + T cell epitope on-silicon predicted; provided a library of CD8 + T cell epitopes restricted by a series of high-frequency HLA-A allotypes which covering broad Asian populations; identified the HLA-A cross-restrictions of these CD8 + T cell epitopes using competitive binding experiments with HMy2.CIR cell lines expressing indicated HLA-A molecules; and initially confirmed the in vivo feasibility of 9 or 10-mer peptide cocktail vaccines of SARS-CoV2. These data will facilitate the development of vaccines inducing antiviral CD8 + T cell responses.

Abstract Defects in the structure or motility of cilia and flagella may lead to severe diseases such as primary ciliary dyskinesia (PCD), a multisystemic disorder with heterogeneous manifestations affecting primarily respiratory and reproductive functions. We report that CFAP61 is a conserved component of the Calmodulin and radial Spoke associated Complex (CSC) of cilia. We find that a CFAP61 splice variant, c.143+5G>A, causes exon skipping in human, inducing a multiple morphological abnormalities of the flagella (MMAF) phenotype. We generated Cfap61 knockout mice that recapitulate the infertility phenotype of the human CFAP61 mutation, but without other symptoms usually observed in PCD. We find that CFAP61 interacts with the CSC, radial spoke stalk and RS head. During early stages of Cfap61 −/− spermatid development, the assembly of RS components is impaired. With the progress of spermiogenesis, the axoneme in Cfap61 −/− cells becomes unstable and scatters, and the distribution of intraflagellar transport proteins is disrupted. This study reveals an organ specific mechanism of axoneme stabilization that is related to male infertility.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19) threatens global public health and economy. In order to develop safe and effective vaccines, suitable animal models must be established. Here we report the rapid adaption of SARS-CoV-2 in BALB/c mice, based on which a convenient, economical and effective animal model was developed. Specifically, we found that mouse-adapted SARS-CoV-2 at passage 6 (MACSp6) efficiently infected both aged and young wild-type BALB/c mice, resulting in moderate pneumonia as well as inflammatory responses. The elevated infectivity of MACSp6 in mice could be attributed to the substitution of a key residue (N501Y) in the receptorbinding domain (RBD). Using this novel animal model, we further evaluated the in vivo protective efficacy of an RBD-based SARS-CoV-2 subunit vaccine, which elicited highly potent neutralizing antibodies and conferred full protection against SARS-CoV-2 MACSp6 challenge. This novel mouse model is convenient and effective in evaluating the in vivo protective efficacy of SARS-CoV-2 vaccine. Summary This study describes a unique mouse model for SARS-CoV-2 infection and confirms protective efficacy of a SARS-CoV-2 RBD subunit vaccine.