Abstract Numerous mutations in the spike protein of SARS-CoV-2 B.1.1.529 Omicron variant pose a crisis for antibody-based immunotherapies. The efficacy of emergency use authorized (EUA) antibodies that developed in early SARS-CoV-2 pandemic seems to be in flounder. We tested the Omicron neutralization efficacy of an early B cell antibody repertoire as well as several EUA antibodies in pseudovirus and authentic virus systems. More than half of the antibodies in the repertoire that showed good activity against WA1/2020 previously had completely lost neutralizing activity against Omicron, while antibody 8G3 displayed non-regressive activity. EUA antibodies Etesevimab, Casirivimab, Imdevimab and Bamlanivimab were entirely desensitized by Omicron. Only Sotrovimab targeting the non-ACE2 overlap epitope showed a dramatic decrease activity. Antibody 8G3 efficiently neutralized Omicron in pseudovirus and authentic virus systems. The in vivo results showed that Omicron virus was less virulent than the WA1/2020 strain, but still caused deterioration of health and even death in mice. Treatment with 8G3 quickly cleared virus load of mice. Antibody 8G3 also showed excellent activity against other variants of concern (VOCs), especially more efficient against authentic Delta plus virus. Collectively, our results suggest that neutralizing antibodies with breadth remains broad neutralizing activity in tackling SARS-CoV-2 infection despite the universal evasion from EUA antibodies by Omicron variant.

Abstract Emerging SARS-CoV-2 variants are threatening the efficacy of antibody therapies. Combination treatments including ACE2-Fc have been developed to overcome the evasion of neutralizing antibodies (NAbs) in individual cases. Here we conducted a comprehensive evaluation of this strategy by combining ACE2-Fc with NAbs of diverse epitopes on the RBD. NAb+ACE2-Fc combinations efficiently neutralized HIV-based pseudovirus carrying the spike protein of the Delta or Omicron variants, achieving a balance between efficacy and breadth. In an antibody escape assay using replication-competent VSV-SARS-CoV-2-S, all the combinations had no escape after fifteen passages. By comparison, all the NAbs without combo with ACE2-Fc had escaped within six passages. Further, the VSV-S variants escaped from NAbs were neutralized by ACE2-Fc, revealing the mechanism of NAb+ACE2-Fc combinations survived after fifteen passages. We finally examined ACE2-Fc neutralization against pseudovirus variants that were resistant to the therapeutic antibodies currently in clinic. Our results suggest ACE2-Fc is a universal combination partner to combat SARS-CoV-2 variants including Delta and Omicron.

Abstract Despite the demonstrated immense potential of immune checkpoint inhibitors in various types of cancers, only a minority of patients respond to these therapies. Immunocytokines designed to deliver an immune-activating cytokine directly to the immunosuppressive tumor microenvironment (TME) and block the immune checkpoint simultaneously may provide a strategic advantage over the combination of two single agents. To increase response rate to checkpoint blockade, in this study we developed a novel immunocytokine (LH01) composed of the antibody against programmed death-ligand 1 (PD-L1) fused to IL-15 receptor alpha-sushi domain/IL-15 complex. We demonstrate that LH01 efficiently binds mouse or human PD-L1 and maintains IL-15 stimulatory activity. In syngeneic mouse models, LH01 showed improved antitumor efficacy and safety versus anti-PD-L1 plus LH02 (Fc-Sushi-IL15) combination and overcame resistance to anti-PD-L1 treatment. Mechanistically, the dual anti-immunosuppressive function of LH01 led to activation of both the innate and adaptive immune response and decreased levels of transforming growth factor-β1 (TGF-β1) within the TME. Furthermore, combination therapy with LH01 and bevacizumab exerts synergistic antitumor effects in HT29 colorectal xenograft model. Collectively, our results provide supporting evidence that fusion of anti-PD-L1 and IL-15 might be a potent strategy to treat patients with cold tumors or resistance to checkpoint blockade.

Abstract The continuous emergence of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variants poses challenges to the effectiveness of neutralizing antibodies. Rational design of antibody cocktails is a realizable approach addressing viral immune evasion. However, evaluating the breadth of antibody cocktails is essential for understanding the development potential. Here, based on a replication competent vesicular stomatitis virus model that incorporates the spike of SARS-CoV-2 (VSV-SARS-CoV-2), we evaluated the breadth of a number of antibody cocktails consisting of monoclonal antibodies and bispecific antibodies by long-term passaging the virus in the presence of the cocktails. Results from over two-month passaging of the virus showed that 9E12+10D4+2G1 and 7B9-9D11+2G1 from these cocktails were highly resistant to random mutation, and there was no breakthrough after 30 rounds of passaging. As a control, antibody REGN10933 was broken through in the third passage. Next generation sequencing was performed and several critical mutations related to viral evasion were identified. These mutations caused a decrease in neutralization efficiency, but the reduced replication rate and ACE2 susceptibility of the mutant virus suggested that they might not have the potential to become epidemic strains. The 9E12+10D4+2G1 and 7B9-9D11+2G1 cocktails that picked from the VSV-SARS-CoV-2 system efficiently neutralized all current variants of concern and variants of interest including the most recent variants Delta and Omicron, as well as SARS-CoV-1. Our results highlight the feasibility of using the VSV-SARS-CoV-2 system to develop SARS-CoV-2 antibody cocktails and provide a reference for the clinical selection of therapeutic strategies to address the mutational escape of SARS-CoV-2.

Abstract Developing universal CARs with improved flexible targeting and controllable activities is urgently needed. While several studies have suggested the potential of CD16a in tandem with monoclonal antibodies to construct universal CAR T cells, the weak affinity between them is one of the limiting factors for efficacy. Herein, we systematically investigated the impact of Fcγ receptor (FcγR) affinity on CAR T cells properties by constructing universal CARs using Fcγ receptors with different affinities for IgG1 antibodies, namely CD16a, CD32a, and CD64. We demonstrated that the activities of these universal CAR T cells on tumor cells could be redirected and regulated by IgG1 antibodies. In xenografted mice, 64CAR chimeric Jurkat cells with the highest affinity showed significant antitumor effects in combination with herceptin in the Her2 low expression U251 MG model. However, in the CD20 high expression Raji model, 64CAR caused excessive activation of CAR-T cells, which resulted in cytokine release syndrome (CRS) and the decline of antitumor activity, and 32CAR with a moderate affinity brought the best efficacy. Our work extended the knowledge about FcγR-based universal CAR T cells and suggested that only the FcγRCAR with an appropriate affinity can offer the optimal antitumor advantages of CAR T cells. Graphical abstract Universal CAR T cells based on Fcγ receptors exhibit a specific tumor-killing effect. However, the affinities of Fcγ receptors greatly influence the efficacy and adverse effects in vivo .

Abstract DNA methylation is an important epigenetic modification associated with transcriptional repression, and plays key roles in normal cell growth as well as oncogenesis. Among the three main DNA methyltransferases (DNMT1, DNMT3A, and DNMT3B), DNMT3A mediates de novo DNA methylation with partial functional redundancy with DNMT3B. However, the general effects of DNMT3A and its downstream gene regulation profile are yet to be unveiled. In the present study, we used CRISPR/Cas9 technology to successfully create DNMT3A deficient human embryonic kidney cell line HEK293, with frameshift mutations in its catalytic domain. Our results showed that the cell growth slowed down in DNMT3A knockout cells. UPLC-MS analysis of DNMT3A deficient cells showed that the genome-level DNA methylation was reduced by 21.5% and led to an impairment of cell proliferation as well as a blockage of MAPK and PI3K-Akt pathways. Whole genome RNA-seq revealed that DNMT3A knockout up-regulated expression of genes and pathways related to cell metabolism but down-regulated those involved in ribosome function, which explained the inhibition of cell growth and related signal pathways. Further, bisulfite DNA treatment showed that DNMT3A ablation reduced the methylation level of DNMT3B gene as well, indicating the higher DNMT3B activity and thereby explaining those down-regulated profiles of genes.

Serotonin (5-HT) is a phylogenetically conserved monoamine neurotransmitter modulating a variety of processes in the brain. To directly visualize the dynamics of 5-HT, we developed a genetically encoded GPCR-Activation-Based 5-HT (GRAB5-HT) sensor with high sensitivity, selectivity, and spatiotemporal resolution. GRAB5-HT, detected 5-HT release in multiple physiological and pathological conditions in both flies and mice, and thus provides new insights into the dynamics and mechanisms of 5-HT signaling.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variants of concern (VOCs) continue to wreak havoc across the globe. Higher transmissibility and immunologic resistance of VOCs bring unprecedented challenges to epidemic extinguishment. Here we describe a monoclonal antibody, 2G1, that neutralizes all current VOCs and has surprising tolerance to mutations adjacent to or within its interaction epitope. Cryo-electron microscopy structure showed that 2G1 bound to the tip of receptor binding domain (RBD) of spike protein with small contact interface but strong hydrophobic effect, which resulted in nanomolar to sub-nanomolar affinities to spike proteins. The epitope of 2G1 on RBD partially overlaps with ACE2 interface, which gives 2G1 ability to block interaction between RBD and ACE2. The narrow binding epitope but high affinity bestow outstanding therapeutic efficacy upon 2G1 that neutralized VOCs with sub-nanomolar IC 50 in vitro . In SARS-CoV-2 and Beta- and Delta-variant-challenged transgenic mice and rhesus macaque models, 2G1 protected animals from clinical illness and eliminated viral burden, without serious impact to animal safety. Mutagenesis experiments suggest that 2G1 could be potentially capable of dealing with emerging SARS-CoV-2 variants in future. This report characterized the therapeutic antibodies specific to the tip of spike against SARS-CoV-2 variants and highlights the potential clinical applications as well as for developing vaccine and cocktail therapy.

Abstract Immunocytokines, such as anti-PD-L1/IL-15, have shown promising efficacy in preclinical studies, but their clinical development still faces severe safety concerns, with the problem not easily overcome by simply reducing the cytokine activity. We proposed a next-generation immunocytokine concept of designing a tumor-conditional anti-PD-L1/IL-15 prodrug (LH05), which innovatively masks IL-15 with steric hindrance of its flanking moieties of anti-PD-L1 and IL-15Rα-sushi domain. The design successfully attenuated the ‘cytokine sink’ effect of IL-15 and resulted in a significantly reduced systemic toxicity when compared to wild-type anti-PD-L1/IL-15. LH05 would be specifically cleaved in the tumor microenvironment (TME) to release the active IL-15/IL-15Rα-sushi domain (ILR) in a proteolytic cleavage-dependent manner and exhibited potent antitumor effects in mouse syngeneic models. Mechanistically, the antitumor efficacy of LH05 was dependent on both innate and adaptive immunity, which altered the TME to Th1-type by recruiting and stimulating both NK and CD8 + T cells and fired up cold tumors. LH05 also showed superior efficacy in restoring immunotherapy response in a refractory U251 xenograft model. Collectively, we introduced a novel next-generation immunocytokine strategy for tumor immunotherapy, contributing to the establishment of optimal treatment for patients with resistance to immune checkpoint inhibitors or cold tumors.