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 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 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.

Abstract The severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) continues to infect people globally. The increased COVID-19 cases and no licensed vaccines highlight the need to develop safe and effective vaccines against SARS-CoV-2 infection. Multiple vaccines candidates are under pre-clinical or clinical trails with different strengths and weaknesses. Here we developed a pilot scale production of a recombinant subunit vaccine (RBD-Fc Vacc) with the Receptor Binding Domain of SARS-CoV-2 S protein fused with the Fc domain of human IgG1. RBD-Fc Vacc induced SARS-CoV-2 specific neutralizing antibodies in non-human primates and human ACE2 transgenic mice. The antibodies induced in macaca fascicularis neutralized three divergent SARS-CoV2 strains, suggesting a broader neutralizing ability. Three times immunizations protected Macaca fascicularis (20ug or 40ug per dose) and mice (10ug or 20ug per dose) from SARS-CoV-2 infection respectively. These data support clinical development of SARS-CoV-2 vaccines for humans. RBD-Fc Vacc is currently being assessed in randomized controlled phase 1/II human clinical trails. Summary This study confirms protective efficacy of a SARS-CoV-2 RBD-Fc subunit vaccine.

In recent years, a gene-editing technology known as clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/Cas9 has been developed and is progressively advancing into clinical trials. While current antiviral therapies are unable to eliminate the Hepatitis B virus (HBV), it stands as a prime target for the CRISPR/Cas9 technology. The objective of this study was to enhance the efficacy of CRISPR/Cas9 in suppressing HBV replication, lowering HBsAg and HBeAg levels, and eliminating covalently closed circular DNA (cccDNA).