The ability of HIV-1 to use dendritic cells (DCs) for transport and to transfer virus to activated T cells in the lymph node may be crucial in early HIV-1 pathogenesis. We have characterized primary DCs for the receptors involved in viral envelope attachment and observed that C-type lectin receptor (CLR) binding was predominant in skin DCs, whereas binding to emigrating and tonsil DCs was CD4-dependent. No one CLR was solely responsible for envelope binding on all skin DC subsets. DC-SIGN (DC-specific ICAM-3-grabbing nonintegrin) was only expressed by CD14(+)CDla(lo) dermal DCs. The mannose receptor was expressed by CD1a(hi) and CD14(+)CDla(lo) dermal DCs, and langerin was expressed by Langerhans cells. The diversity of CLRs able to bind HIV-1 in skin DCs may reflect their ability to bind a range of microbial glycoproteins.

Abstract HIV-1 subverts antigen processing in dendritic cells (DCs) resulting in viral uptake, infection, and transfer to T cells. Although DCs bound monomeric gp120 and HIV-1 similarly, virus rarely colocalized with endolysosomal markers, unlike gp120, suggesting HIV-1 alters endolysosomal trafficking. Virus within DC intracellular compartments rapidly moved to DC-CD4+ lymphocyte synapses when introduced to CD4+ lymphocyte cultures. Although viral harboring and transfer from nonlysosomal compartments was transient, given DC-associated virus protein, nucleic acids, and infectious HIV-1 transfer to CD4+, lymphocytes decayed within 24 hours. However a second long-term transfer phase was apparent in immature DCs after 48 hours as a zidovudine-sensitive rise in proviral DNA. Therefore, DCs transfer HIV-1 to CD4+ lymphocytes in 2 distinct phases. Immature and mature DCs first divert virus from the endolysosomal pathway to the DC–T-cell synapse. Secondly, the later transfer phase from immature DCs is through de novo HIV-1 production. Thus, the controversy of DCs being infected or not infected for the mechanics of viral transfer to CD4+ lymphocytes can be addressed as a function of time.

Abstract Age-dependent differences in the clinical response to SARS-CoV-2 infection is well-documented 1–3 however the underlying molecular mechanisms involved are poorly understood. We infected fully differentiated human nasal epithelium cultures derived from healthy children (1-12 years old), young adults (26-34 years old) and older adults (56-62 years old) with SARS-COV-2 to identify age-related cell-intrinsic differences that may influence viral entry, replication and host defence response. We integrated imaging, transcriptomics, proteomics and biochemical assays revealing age-related changes in transcriptional regulation that impact viral replication, effectiveness of host responses and therapeutic drug targets. Viral load was lowest in infected older adult cultures despite the highest expression of SARS-CoV-2 entry and detection factors. We showed this was likely due to lower expression of hijacked host machinery essential for viral replication. Unlike the nasal epithelium of young adults and children, global host response and induction of the interferon signalling was profoundly impaired in older adults, which preferentially expressed proinflammatory cytokines mirroring the “cytokine storm” seen in severe COVID-19 4,5 . In silico screening of our virus-host-drug network identified drug classes with higher efficacy in older adults. Collectively, our data suggests that cellular alterations that occur during ageing impact the ability for the host nasal epithelium to respond to SARS-CoV-2 infection which could guide future therapeutic strategies.

Abstract The emergence of SARS-CoV-2 in late 2019, and the subsequent COVID-19 pandemic, has led to substantial mortality, together with mass global disruption. There is an urgent need for novel antiviral drugs for therapeutic or prophylactic application. Cathepsin L is a key host cysteine protease utilized by coronaviruses for cell entry and is recognized as a promising drug target. The marine natural product, gallinamide A and several synthetic analogues, were identified as potent inhibitors of cathepsin L activity with IC 50 values in the picomolar range. Lead molecules possessed selectivity over cathepsin B and other related human cathepsin proteases and did not exhibit inhibitory activity against viral proteases Mpro and PLpro. We demonstrate that gallinamide A and two lead analogues potently inhibit SARS-CoV-2 infection in vitro , with EC 50 values in the nanomolar range, thus further highlighting the potential of cathepsin L as a COVID-19 antiviral drug target.

Abstract Although ACE2 is the primary receptor for SARS-CoV-2 infection, a systematic assessment of host factors that regulate binding to SARS-CoV-2 spike protein has not been described. Here we use whole genome CRISPR activation to identify host factors controlling cellular interactions with SARS-CoV-2. Our top hit was a TLR -related cell surface receptor called leucine-rich repeat-containing protein 15 ( LRRC15 ). LRRC15 expression was sufficient to promote SARS-CoV-2 Spike binding where they form a cell surface complex. LRRC15 mRNA is expressed in human collagen-producing lung myofibroblasts and LRRC15 protein is induced in severe COVID-19 infection where it can be found lining the airways. Mechanistically, LRRC15 does not itself support SARS-CoV-2 infection, but fibroblasts expressing LRRC15 can suppress both pseudotyped and authentic SARS-CoV-2 infection in trans . Moreover, LRRC15 expression in fibroblasts suppresses collagen production and promotes expression of IFIT, OAS, and MX-family antiviral factors. Overall, LRRC15 is a novel SARS-CoV-2 spike-binding receptor that can help control viral load and regulate antiviral and antifibrotic transcriptional programs in the context of COVID-19 infection.

The HIV-1 capsid has emerged as a tractable target for antiretroviral therapy. Lenacapavir, developed by Gilead Sciences, is the first capsid-targeting drug approved for medical use. Here we investigate the effect of Lenacapavir on HIV capsid stability and uncoating. We employ a single particle approach that simultaneously measures capsid content release and lattice persistence. We demonstrate that Lenacapavir's potent antiviral activity is predominantly due to lethal hyperstabilisation of the capsid lattice and resultant loss of compartmentalisation. This study highlights that disrupting capsid metastability is a powerful strategy for the development of novel antivirals.

ABSTRACT Global control of COVID-19 requires broadly accessible vaccines that are effective against SARS-CoV-2 variants. In this report, we exploit the immunostimulatory properties of bacille Calmette-Guérin (BCG), the existing tuberculosis vaccine, to deliver a vaccination regimen with potent SARS-CoV-2-specific protective immunity. Combination of BCG with a stabilized, trimeric form of SARS-CoV-2 spike antigen promoted rapid development of virus-specific IgG antibodies in the blood of vaccinated mice, that was further augmented by the addition of alum. This vaccine formulation, BCG:CoVac, induced high-titre SARS-CoV-2 neutralizing antibodies (NAbs) and Th1-biased cytokine release by vaccine-specific T cells, which correlated with the early emergence of T follicular helper cells in local lymph nodes and heightened levels of antigen-specific plasma B cells after vaccination. Vaccination of K18-hACE2 mice with a single dose of BCG:CoVac almost completely abrogated disease after SARS-CoV-2 challenge, with minimal inflammation and no detectable virus in the lungs of infected animals. Boosting BCG:CoVac-primed mice with a heterologous vaccine further increased SARS-CoV-2-specific antibody responses, which effectively neutralized B.1.1.7 and B.1.351 SARS-CoV-2 variants of concern. These findings demonstrate the potential for BCG-based vaccination to protect against major SARS-CoV-2 variants circulating globally.

SUMMARY Emerging variants of concern (VOCs) are threatening to limit the effectiveness of SARS-CoV-2 monoclonal antibodies and vaccines currently used in clinical practice; broadly neutralizing antibodies and strategies for their identification are therefore urgently required. Here we demonstrate that broadly neutralizing antibodies can be isolated from peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of convalescent patients using SARS-CoV-2 receptor binding domains (RBDs) carrying epitope-specific mutations. This is exemplified by two human antibodies, GAR05, binding to epitope class 1, and GAR12, binding to a new epitope class 6 (located between class 3 and class 5). Both antibodies broadly neutralize VOCs, exceeding the potency of the clinical monoclonal sotrovimab (mAb S309) by orders of magnitude. They also provide potent prophylactic and therapeutic in vivo protection of hACE2 mice against viral challenge. Our results indicate that exposure to Wuhan SARS-CoV-2 induces antibodies that maintain potent and broad neutralization against emerging VOCs using two unique strategies: either by targeting the divergent class 1 epitope in a manner resistant to VOCs (ACE2 mimicry, as illustrated by GAR05 and mAbs P2C-1F11/S2K14); or alternatively, by targeting rare and highly conserved epitopes, such as the new class 6 epitope identified here (as illustrated by GAR12). Our results provide guidance for next generation monoclonal antibody development and vaccine design.

Abstract The development of a safe and effective vaccine is a key requirement to overcoming the COVID-19 pandemic. Recombinant proteins represent the most reliable and safe vaccine approach but generally require a suitable adjuvant for robust and durable immunity. We used the SARS-CoV-2 genomic sequence and in silico structural modelling to design a recombinant spike protein vaccine (Covax-19™). A synthetic gene encoding the spike extracellular domain (ECD) was inserted into a baculovirus backbone to express the protein in insect cell cultures. The spike ECD was formulated with Advax-SM adjuvant and first tested for immunogenicity in C57BL/6 and BALB/c mice. The Advax-SM adjuvanted vaccine induced high titers of binding antibody against spike protein that were able to neutralise the original wildtype virus on which the vaccine was based as well as the variant B.1.1.7 lineage virus. The Covax-19 vaccine also induced potent spike-specific CD4+ and CD8+ memory T-cells with a dominant Th1 phenotype, and this was shown to be associated with cytotoxic T lymphocyte killing of spike labelled target cells in vivo . Ferrets immunised with Covax-19 vaccine intramuscularly twice 2 weeks apart made spike receptor binding domain (RBD) IgG and were protected against an intranasal challenge with SARS-CoV-2 virus 2 weeks after the second immunisation. Notably, ferrets that received two 25 or 50μg doses of Covax-19 vaccine had no detectable virus in their lungs or in nasal washes at day 3 post-challenge, suggesting the possibility that Covax-19 vaccine may in addition to protection against lung infection also have the potential to block virus transmission. This data supports advancement of Covax-19 vaccine into human clinical trials.

Abstract The ongoing COVID-19 pandemic has had great societal and health consequences. Despite the availability of vaccines, infection rates remain high due to immune evasive Omicron sublineages. Broad-spectrum antivirals are needed to safeguard against emerging variants and future pandemics. We used mRNA display under a reprogrammed genetic code to find a spike-targeting macrocyclic peptide that inhibits SARS-CoV-2 Wuhan strain infection and pseudoviruses containing spike proteins of SARS-CoV-2 variants or related sarbecoviruses. Structural and bioinformatic analyses reveal a conserved binding pocket between the receptor binding domain, N-terminal domain and S2 region, distal to the ACE2 receptor-interaction site. Our data reveal a hitherto unexplored site of vulnerability in sarbecoviruses that peptides and potentially other drug-like molecules can target. Significance statement This study reports on the discovery of a macrocyclic peptide that is able to inhibit SARS-CoV-2 infection by exploiting a new vulnerable site in the spike glycoprotein. This region is highly conserved across SARS-CoV-2 variants and the subgenus sarbecovirus. Due to the inaccessability and mutational contraint of this site, it is anticipated to be resistant to the development of resistance through antibody selective pressure. In addition to the discovery of a new molecule for development of potential new peptide or biomolecule therapeutics, the discovery of this broadly active conserved site can also stimulate a new direction of drug development, which together may prevent future outbreaks of related viruses.