Abstract Type I interferon (IFN-I) neutralizing autoantibodies have been found in some critical COVID-19 patients; however, their prevalence and longitudinal dynamics across the disease severity scale, and functional effects on circulating leukocytes remain unknown. Here, in 284 COVID-19 patients, we found IFN-I autoantibodies in 19% of critical, 6% of severe and none of the moderate cases. Longitudinal profiling of over 600,000 peripheral blood mononuclear cells using multiplexed single-cell epitope and transcriptome sequencing from 54 COVID-19 patients, 15 non-COVID-19 patients and 11 non-hospitalized healthy controls, revealed a lack of IFN-I stimulated gene (ISG-I) response in myeloid cells from critical cases, including those producing anti-IFN-I autoantibodies. Moreover, surface protein analysis showed an inverse correlation of the inhibitory receptor LAIR-1 with ISG-I expression response early in the disease course. This aberrant ISG-I response in critical patients with and without IFN-I autoantibodies, supports a unifying model for disease pathogenesis involving ISG-I suppression via convergent mechanisms.

We present a novel small molecule antiviral chemotype that was identified by an unconventional cell-free protein synthesis and assembly-based phenotypic screen for modulation of viral capsid assembly. Activity of PAV-431, a representative compound from the series, has been validated against infectious virus in multiple cell culture models for all six families of viruses causing most respiratory disease in humans. In animals this chemotype has been demonstrated efficacious for Porcine Epidemic Diarrhea Virus (a coronavirus) and Respiratory Syncytial Virus (a paramyxovirus). PAV-431 is shown to bind to the protein 14-3-3, a known allosteric modulator. However, it only appears to target the small subset of 14-3-3 which is present in a dynamic multi-protein complex whose components include proteins implicated in viral lifecycles and in innate immunity. The composition of this target multi-protein complex appears to be modified upon viral infection and largely restored by PAV-431 treatment. Our findings suggest a new paradigm for understanding, and drugging, the host-virus interface, which leads to a new clinical therapeutic strategy for treatment of respiratory viral disease.

The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) pandemic has caused a global economic and health crisis. Recently, plasma levels of galectin-9 (Gal-9), a β-galactoside-binding lectin involved in immune regulation and viral immunopathogenesis, were reported to be elevated in the setting of severe COVID-19 disease. However, the impact of Gal-9 on SARS-CoV-2 infection and immunopathology remained to be elucidated. Here, we demonstrate that Gal-9 treatment potently enhances SARS-CoV-2 replication in human airway epithelial cells (AECs), including primary AECs in air-liquid interface (ALI) culture. Gal-9-glycan interactions promote SARS-CoV-2 attachment and entry into AECs in an ACE2-dependent manner, enhancing the binding affinity of the viral spike protein to ACE2. Transcriptomic analysis revealed that Gal-9 and SARS-CoV-2 infection synergistically induce the expression of key pro-inflammatory programs in AECs including the IL-6, IL-8, IL-17, EIF2, and TNFα signaling pathways. Our findings suggest that manipulation of Gal-9 should be explored as a therapeutic strategy for SARS-CoV-2 infection.COVID-19 continues to have a major global health and economic impact. Identifying host molecular determinants that modulate SARS-CoV-2 infectivity and pathology is a key step in discovering novel therapeutic approaches for COVID-19. Several recent studies have revealed that plasma concentrations of the human β-galactoside-binding protein galectin-9 (Gal-9) are highly elevated in COVID-19 patients. In this study, we investigated the impact of Gal-9 on SARS-CoV-2 pathogenesis ex vivo in airway epithelial cells (AECs), the critical initial targets of SARS-CoV-2 infection. Our findings reveal that Gal-9 potently enhances SARS-CoV-2 replication in AECs, interacting with glycans to enhance the binding between viral particles and entry receptors on the target cell surface. Moreover, we determined that Gal-9 accelerates and exacerbates several virus-induced pro-inflammatory programs in AECs that are established signature characteristics of COVID-19 disease and SARS-CoV-2-induced acute respiratory distress syndrome (ARDS). Our findings suggest that Gal-9 is a promising pharmacological target for COVID-19 therapies.

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a progressive disease characterized by vasoconstriction and remodeling of small pulmonary arteries (PAs). Central to the remodeling process is a switch of pulmonary vascular cells to a proliferative, apoptosis-resistant phenotype. Plasminogen activator inhibitors-1 and -2 (PAI-1 and PAI-2) are the primary physiological inhibitors of urokinase-type and tissue-type plasminogen activators (uPA and tPA), but their roles in PAH are unsettled. Here, we report that:

Chronic lung allograft dysfunction (CLAD) limits survival following lung transplant, but substantial lung damage occurs before diagnosis by traditional methods. We hypothesized that small airway gene expression patterns could identify CLAD risk before spirometric diagnosis and predict subsequent graft failure.

Abstract Coronary artery disease (CAD) is a leading cause of mortality worldwide with Diabetes and human cyto-megalovirus (HCMV) infection as risk factors. CAD’s influence on human NK cells is not well characterized. CITE-seq analysis of a CAD cohort of 61 patients revealed distinctly higher NK cell SPON2 expression and lower IFNG expression in severe CAD patients. Interestingly, HCMV + patients displayed lower SPON2 ex-pression while diabetes status reversed the HCMV effect. Diabetes led to diminished adaptive FcεRIγ −/low NK cell frequencies and was associated with a higher PBMC IL15 / TGFB transcript ratio, while TGFB in-creased in severe CAD. SPON2 expression corresponded to changes in conventional vs. adaptive NK cell frequencies, and SPON2/IFNG ratio decreased in inflamed plaque tissue with an increased adaptive NK cell gene signature and was increased in severe CAD patients. Our results indicate that the SPON2 / IFNG ra-tio and adaptive NK cell gene signature associated with stenosis severity or inflammation in CAD.

Background: Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a progressive disease characterized by vasoconstriction and remodeling of small pulmonary arteries (PAs) due to hyper-proliferation and apoptosis resistance of resident PA cells, the mechanisms of which are not completely understood. Specifically, the role of cell division cycle protein 20 (CDC20), a key regulator of cell cycle, canonically acting as an APC/C E3 ubiquitin ligase activator and substrate recruiter, is not known. Goals: To determine the role of CDC20 in PA remodeling in PAH. Methods: RNAseq, immunoblot, immunohistochemistry, proliferation, apoptosis assays; SU5416/Hypoxia (SuHx) mouse model of PH. Results: CDC20 was over-expressed in lungs, small PAs, isolated PA smooth muscle cells (PASMCs) and adventitial fibroblasts (PAAFs), but not endothelial cells from PAH patients compared to non-diseased controls. siRNA CDC20 significantly reduced proliferation and induced apoptosis in PAH PASMCs and PAAFs. This effect was re-capitulated by CDC20 inhibitor apcin (blocks binding of CDC20 with substrates); however, pan-APC inhibitor proTAME had no effect. Over-expression of CDC20 in PAH PASMCs and PAAFs was correlated with over-accumulation of its substrate, pro-proliferative protein securin, and deficiency of pro-apoptotic protein Bcl-2 interacting mediator of cell death (BIM). Depletion of CDC20 with specific siRNA, but not treatment with proTAME, dramatically reduced securin and restored BIM protein levels in PAH PASMCs and PAAFs. Apcin restored BIM protein content in human PAH PASMCs, and siRNA BIM protected PAH PASMCs from apcin-induced apoptosis. Pharmacological targeting of CDC20 with specific PROTAC degrader CP5V down-regulated CDC20 and securin, restored BIM, inhibited hyper-proliferation, and induced apoptosis in PAH, but not in control PASMCs, and reversed SuHx-induced pulmonary vascular remodeling, PH, and right ventricular hypertrophy in male and female mice. Conclusions: Collectively, our data demonstrate that CDC20 is overexpressed and supports proliferative, apoptosis resistant PASMC/PAAF phenotype in PAH via non-canonical APC/C independent upregulation of pro-proliferative securin and downregulation of pro-apoptotic BIM. Our data also suggest that targeting CDC20 could represent a novel potentially attractive strategy to suppress PA resident cells proliferation and reverse established PAH.

Rationale: Telomere dysfunction is associated with multiple fibrotic lung processes, including chronic lung allograft dysfunction (CLAD) which is a major limitation to long-term survival following lung transplantation. Although shorter donor telomere lengths are associated with an increased risk of CLAD, it is unknown whether short telomeres are a cause or consequence of CLAD pathology. Objective: Our objective was to test whether telomere dysfunction contributes to pathologic changes seen in CLAD. Methods and Results: Histopathologic and molecular analysis of human CLAD lungs demonstrated shortened telomeres in lung epithelial cells quantified by teloFISH, increased numbers of surfactant protein C immunoreactive type II alveolar epithelial cells (AECs), and increased expression of senescence markers (beta-galactosidase, p16, p53 and p21) in lung epithelial cells. Telomere repeat binding factor 1 flox/flox (TRF1F/F) mice were crossed with tamoxifen inducible SCGB1a1-cre mice to generate SCGB1a1-creTRF1 F/F mice. Following 9 months of tamoxifen-induced deletion of TRF1 in club cells, mice developed mixed obstructive and restrictive lung physiology, small airway obliteration on micro-computed tomography, a 4-fold decrease in telomere length in airway epithelial cells, collagen deposition around bronchioles and adjacent lung parenchyma, increased type II AEC numbers, expression of senescence-associated beta-galactosidase in epithelial cells and decreased SCGB1a1 expression in airway epithelial cells. Conclusions: These findings demonstrate that telomere dysfunction isolated to club cells leads to airway-centric lung remodeling and fibrosis similar to that observed in patients with CLAD and suggest that lung epithelial cell telomere dysfunction may be a molecular driver of CLAD.

Abstract The expansion of human FcεRIγ -/low (FcRγ -/low ) natural killer (NK) cells accrues during viral infections; however, the molecular mechanisms regulating FcRγ expression is not well defined and can have implication for host protection and NK cell immunotherapy. Our analysis of NK cell subsets in lung transplant patients during rapamycin treatment revealed significantly lower FcRγ levels in the NK cell population. Moreover, lower FcRγ levels in healthy donors were associated with low mTORC1/C2 activity and low T-bet expression. Cell division suppression by rapamycin or TGFβ suppressed FcRγ upregulation during IL-2 receptor stimulation, whereas promoting NK cell division by co-inhibiting FOXO1 activity restored FcRγ upregulation. These results suggest that the human FcRγ -/low NK cell phenotype is associated with cell division suppression and reduced mTOR activity.

We present a novel small molecule antiviral chemotype that was identified by an unconventional cell-free protein synthesis and assembly-based phenotypic screen for modulation of viral capsid assembly. Activity of PAV-431, a representative compound from the series, has been validated against infectious viruses in multiple cell culture models for all six families of viruses causing most respiratory diseases in humans. In animals, this chemotype has been demonstrated efficacious for porcine epidemic diarrhoea virus (a coronavirus) and respiratory syncytial virus (a paramyxovirus). PAV-431 is shown to bind to the protein 14-3-3, a known allosteric modulator. However, it only appears to target the small subset of 14-3-3 which is present in a dynamic multi-protein complex whose components include proteins implicated in viral life cycles and in innate immunity. The composition of this target multi-protein complex appears to be modified upon viral infection and largely restored by PAV-431 treatment. An advanced analog, PAV-104, is shown to be selective for the virally modified target, thereby avoiding host toxicity. Our findings suggest a new paradigm for understanding, and drugging, the host–virus interface, which leads to a new clinical therapeutic strategy for treatment of respiratory viral disease.