Chen et al. generate lung bud organoids from human pluripotent stem cells that recapitulate early lung development, such as branching airway formation and early alveolar structures, which could potentially be used to model lung disease. Recapitulation of lung development from human pluripotent stem cells (hPSCs) in three dimensions (3D) would allow deeper insight into human development, as well as the development of innovative strategies for disease modelling, drug discovery and regenerative medicine1. We report here the generation from hPSCs of lung bud organoids (LBOs) that contain mesoderm and pulmonary endoderm and develop into branching airway and early alveolar structures after xenotransplantation and in Matrigel 3D culture. Expression analysis and structural features indicated that the branching structures reached the second trimester of human gestation. Infection in vitro with respiratory syncytial virus, which causes small airway obstruction and bronchiolitis in infants2, led to swelling, detachment and shedding of infected cells into the organoid lumens, similar to what has been observed in human lungs3. Introduction of mutation in HPS1, which causes an early-onset form of intractable pulmonary fibrosis4,5, led to accumulation of extracellular matrix and mesenchymal cells, suggesting the potential use of this model to recapitulate fibrotic lung disease in vitro. LBOs therefore recapitulate lung development and may provide a useful tool to model lung disease.

Clinical manifestations of COVID-19 caused by the new coronavirus SARS-CoV-2 are associated with age1,2. Adults develop respiratory symptoms, which can progress to acute respiratory distress syndrome (ARDS) in the most severe form, while children are largely spared from respiratory illness but can develop a life-threatening multisystem inflammatory syndrome (MIS-C)3-5. Here, we show distinct antibody responses in children and adults after SARS-CoV-2 infection. Adult COVID-19 cohorts had anti-spike (S) IgG, IgM and IgA antibodies, as well as anti-nucleocapsid (N) IgG antibody, while children with and without MIS-C had reduced breadth of anti-SARS-CoV-2-specific antibodies, predominantly generating IgG antibodies specific for the S protein but not the N protein. Moreover, children with and without MIS-C had reduced neutralizing activity as compared to both adult COVID-19 cohorts, indicating a reduced protective serological response. These results suggest a distinct infection course and immune response in children independent of whether they develop MIS-C, with implications for developing age-targeted strategies for testing and protecting the population.

Containment of the COVID-19 pandemic requires reducing viral transmission. SARS-CoV-2 infection is initiated by membrane fusion between the viral and host cell membranes, mediated by the viral spike protein. We have designed a dimeric lipopeptide fusion inhibitor that blocks this critical first step of infection for emerging coronaviruses and document that it completely prevents SARS-CoV-2 infection in ferrets. Daily intranasal administration to ferrets completely prevented SARS-CoV-2 direct-contact transmission during 24-hour co-housing with infected animals, under stringent conditions that resulted in infection of 100% of untreated animals. These lipopeptides are highly stable and non-toxic and thus readily translate into a safe and effective intranasal prophylactic approach to reduce transmission of SARS-CoV-2.A dimeric form of a SARS-CoV-2-derived lipopeptide is a potent inhibitor of fusion and infection in vitro and transmission in vivo .

Abstract Measles virus (MeV) viral entry is mediated by a fusion complex comprised of a receptor binding protein (hemagglutinin, H) and a fusion protein (F). The wild type H/F complex requires interaction with specific proteinaceous receptors (CD150/SLAM and nectin-4) in order to be activated. In contrast the H/F complexes isolated from viruses infecting the central nervous system (CNS) do not require a specific receptor. A single amino acid change in the F protein (L454W) was previously identified in two patients with lethal sequelae of MeV CNS infection, and the F bearing this mutation mediates fusion even without the H protein. We show here that viruses bearing the L454W fusion complex are less efficient than wt virus at targeting receptor expressing cells and that this defect is associated with a decreased interaction between the H and the F proteins. Importance Measles (Mev) infection can cause serious complications including measles inclusion body encephalitis (MIBE) and subacute sclerosing panencephalitis (SSPE). MIBE and SSPE are relatively rare but lethal. We have shown that the fusion complex of CNS adapted clinical samples can spread in the absence of known receptor. We now provide evidence that HRC mutations leading to CNS adaptation come at a cost to the efficiency of viral entry. One Sentence Summary Measles CNS adapted fusion complexes have altered H/F interaction.

Measles virus (MeV) presents a public health threat that is escalating as vaccine coverage in the general population declines and as populations of immunocompromised individuals, who cannot be vaccinated, increase. There are no approved therapeutics for MeV. Neutralizing antibodies targeting viral fusion are one potential therapeutic approach but have not yet been structurally characterized or advanced to clinical use. We present cryo–electron microscopy (cryo-EM) structures of prefusion F alone [2.1-angstrom (Å) resolution], F complexed with a fusion-inhibitory peptide (2.3-Å resolution), F complexed with the neutralizing and protective monoclonal antibody (mAb) 77 (2.6-Å resolution), and an additional structure of postfusion F (2.7-Å resolution). In vitro assays and examination of additional EM classes show that mAb 77 binds prefusion F, arrests F in an intermediate state, and prevents transition to the postfusion conformation. These structures shed light on antibody-mediated neutralization that involves arrest of fusion proteins in an intermediate state.

ABSTRACT The lower respiratory tract infections affecting children worldwide are in large part caused by the parainfluenza viruses (HPIVs), particularly HPIV3, along with human metapneumovirus and respiratory syncytial virus, enveloped negative-strand RNA viruses. There are no vaccines for these important human pathogens, and existing treatments have limited or no efficacy. Infection by HPIV is initiated by viral glycoprotein-mediated fusion between viral and host cell membranes. A viral fusion protein (F), once activated in proximity to a target cell, undergoes a series of conformational changes that first extend the trimer subunits to allow insertion of the hydrophobic domains into the target cell membrane, and then refold the trimer into a stable postfusion state, driving the merger of the viral and host cell membranes. Lipopeptides derived from the C-terminal heptad repeat (HRC) domain of HPIV3 F inhibit infection by interfering with the structural transitions of the trimeric F assembly. Clinical application of this strategy, however, requires improving the in vivo stability of antiviral peptides. We show that the HRC peptide backbone can be modified via partial replacement of α-amino acid residues with β-amino acid residues to generate α/β-peptides that retain antiviral activity but are poor protease substrates. Relative to a conventional α-lipopeptide, our best α/β-lipopeptide exhibits improved persistence in vivo and improved anti-HPIV3 antiviral activity in animals.

Abstract Despite limited genomic diversity, SARS-CoV-2 has shown a wide range of clinical manifestations in different patient populations. The mechanisms behind these host differences are still unclear. Here, we examined host response gene expression across infection status, viral load, age, and sex among shotgun RNA-sequencing profiles of nasopharyngeal swabs from 430 individuals with PCR-confirmed SARS-CoV-2 and 54 negative controls. SARS-CoV-2 induced a strong antiviral response with upregulation of antiviral factors such as OAS1-3 and IFIT1-3 , and Th1 chemokines CXCL9/10/11 , as well as a reduction in transcription of ribosomal proteins. SARS-CoV-2 culture in human airway epithelial cultures replicated the in vivo antiviral host response. Patient-matched longitudinal specimens (mean elapsed time = 6.3 days) demonstrated reduction in interferon-induced transcription, recovery of transcription of ribosomal proteins, and initiation of wound healing and humoral immune responses. Expression of interferon-responsive genes, including ACE2 , increased as a function of viral load, while transcripts for B cell-specific proteins and neutrophil chemokines were elevated in patients with lower viral load. Older individuals had reduced expression of Th1 chemokines CXCL9/10/11 and their cognate receptor, CXCR3 , as well as CD8A and granzyme B, suggesting deficiencies in trafficking and/or function of cytotoxic T cells and natural killer (NK) cells. Relative to females, males had reduced B and NK cell-specific transcripts and an increase in inhibitors of NF-κB signaling, possibly inappropriately throttling antiviral responses. Collectively, our data demonstrate that host responses to SARS-CoV-2 are dependent on viral load and infection time course, with observed differences due to age and sex that may contribute to disease severity.