CCR5-Maraviroc Structure The chemokine receptor CCR5, a G protein–coupled receptor best known as a co-receptor during HIV-1 infection, is important in a variety of physiological processes. Tan et al. (p. 1387 , published online 12 September; see the Perspective by Klasse ) now report the high-resolution crystal structure of CCR5 bound to the HIV-1 entry inhibitor, Maraviroc. The structure suggests that Maraviroc acts as a noncompetitive inhibitor by binding to a region of CCR5 that is distinct from the binding site of HIV-1 and chemokines. Comparison of the structure of CCR5 with the other HIV-1 co-receptor, the chemokine receptor CXCR4, provides insight into the co-receptor selectivity of the virus.

ABSTRACT SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19 1 , recognizes host cells by attaching its receptor-binding domain (RBD) to the host receptor ACE2 2–7 . Neutralizing antibodies that block RBD-ACE2 interaction have been a major focus for therapeutic development 8–18 . Llama-derived single-domain antibodies (nanobodies, ∼15 kDa) offer advantages including ease of production and possibility for direct delivery to the lungs by nebulization 19 , which are attractive features for bio-drugs against the global respiratory disease. Here, we generated 99 synthetic nanobodies (sybodies) by in vitro selection using three libraries. The best sybody, MR3 bound to RBD with high affinity ( K D = 1.0 nM) and showed high neutralization activity against SARS-CoV-2 pseudoviruses (IC 50 = 0.40 μg mL −1 ). Structural, biochemical, and biological characterization of sybodies suggest a common neutralizing mechanism, in which the RBD-ACE2 interaction is competitively inhibited by sybodies. Various forms of sybodies with improved potency were generated by structure-based design, biparatopic construction, and divalent engineering. Among these, a divalent MR3 conjugated with the albumin-binding domain for prolonged half-life displayed highest potency (IC 50 = 12 ng mL −1 ) and protected mice from live SARS-CoV-2 challenge. Our results pave the way to the development of therapeutic nanobodies against COVID-19 and present a strategy for rapid responses for future outbreaks.

Abstract Neutralizing antibodies (Abs) have been considered as promising therapeutics for the prevention and treatment of pathogens. After the outbreak of COVID-19, potent neutralizing Abs to SARS-CoV-2 were promptly developed, and a few of those neutralizing Abs are being tested in clinical studies. However, there were few methodologies detailly reported on how to rapidly and efficiently generate neutralizing Abs of interest. Here, we present a strategically optimized method for precisive screening of neutralizing monoclonal antibodies (mAbs), which enabled us to identify SARS-CoV-2 receptor-binding domain (RBD) specific Abs within 4 days, followed by another 2 days for neutralization activity evaluation. By applying the screening system, we obtained 198 Abs against the RBD of SARS-CoV-2. Excitingly, we found that approximately 50% (96/198) of them were candidate neutralizing Abs in a preliminary screening of SARS-CoV-2 pseudovirus and 20 of these 96 neutralizing Abs were confirmed with high potency. Furthermore, 2 mAbs with the highest neutralizing potency were identified to block authentic SARS-CoV-2 with the half-maximal inhibitory concentration (IC50) at concentrations of 9.88 ng/ml and 11.13 ng/ml. In this report, we demonstrated that the optimized neutralizing Abs screening system is useful for the rapid and efficient discovery of potent neutralizing Abs against SARS-CoV-2. Our study provides a methodology for the generation of preventive and therapeutic antibody drugs for emerging infectious diseases.

ABSTRACT Despite the growing knowledge of T cell responses and their epitopes in COVID-19 patients, there is a lack of detailed characterizations for T cell-antigen interactions and T cell functions. Using a peptide library predicted with HLA class I-restriction, specific CD8 + T cell responses were identified in over 75% of COVID-19 convalescent patients. Among the 15 SARS-CoV-2 epitopes identified from the S and N proteins, N 361-369 (KTFPPTEPK) was the most dominant epitope. Importantly, we discovered 2 N 361-369 -specific T cell receptors (TCRs) with high functional avidity, and they exhibited complementary cross-reactivity to reported N 361-369 mutant variants. In dendritic cells (DCs) and the lung organoid model, we found that the N 361-369 epitope could be processed and endogenously presented to elicit the activation and cytotoxicity of CD8 + T cells ex vivo . Our study evidenced potential mechanisms of cellular immunity to SARS-CoV-2, illuminating natural ways of viral clearance with high relevancy in the vaccine development.

Abstract The spread of SARS-CoV-2 confers a serious threat to the public health without effective intervention strategies 1–3 . Its variant carrying mutated Spike (S) protein D614G (S D614G ) has become the most prevalent form in the current global pandemic 4,5 . We have identified a large panel of potential neutralizing antibodies (NAbs) targeting the receptor-binding domain (RBD) of SARS-CoV-2 S 6 . Here, we focused on the top 20 potential NAbs for the mechanism study. Of them, the top 4 NAbs could individually neutralize both authentic SARS-CoV-2 and S D614G pseudovirus efficiently. Our epitope mapping revealed that 16/20 potent NAbs overlapped the same steric epitope. Excitingly, we found that one of these potent NAbs (58G6) exclusively bound to a linear epitope on S-RBD (termed as 58G6e), and the interaction of 58G6e and the recombinant ACE2 could be blocked by 58G6. We confirmed that 58G6e represented a key site of vulnerability on S-RBD and it could positively react with COVID-19 convalescent patients’ plasma. We are the first, as far as we know, to provide direct evidences of a linear epitope that can be recognized by a potent NAb against SARS-CoV-2 S-RBD. This study paves the way for the applications of these NAbs and the potential safe and effective vaccine design.

Abstract Accumulating mutations in the SARS-CoV-2 Spike (S) protein can increase the possibility of immune escape, challenging the present COVID-19 prophylaxis and clinical interventions. Here, 3 receptor binding domain (RBD) specific monoclonal antibodies (mAbs), 58G6, 510A5 and 13G9, with high neutralizing potency blocking authentic SARS-CoV-2 virus displayed remarkable efficacy against authentic B.1.351 virus. Each of these 3 mAbs in combination with one neutralizing Ab recognizing non-competing epitope exhibited synergistic effect against authentic SARS-CoV-2 virus. Surprisingly, structural analysis revealed that 58G6 and 13G9, encoded by the IGHV1-58 and the IGKV3-20 germline genes, both recognized the steric region S 470-495 on the RBD, overlapping the E484K mutation presented in B.1.351. Also, 58G6 directly bound to another region S 450-458 in the RBD. Significantly, 58G6 and 510A5 both demonstrated prophylactic efficacy against authentic SARS-CoV-2 and B.1.351 viruses in the transgenic mice expressing human ACE2 (hACE2), protecting weight loss and reducing virus loads. These 2 ultrapotent neutralizing Abs can be promising candidates to fulfill the urgent needs for the prolonged COVID-19 pandemic.

ABSTRACT A key step to the SARS-CoV-2 infection is the attachment of its Spike receptor-binding domain (S RBD) to the host receptor ACE2. Considerable research have been devoted to the development of neutralizing antibodies, including llama-derived single-chain nanobodies, to target the receptor-binding motif (RBM) and to block ACE2-RBD binding. Simple and effective strategies to increase potency are desirable for such studies when antibodies are only modestly effective. Here, we identify and characterize a high-affinity synthetic nanobody (sybody, SR31) as a fusion partner to improve the potency of RBM-antibodies. Crystallographic studies reveal that SR31 binds to RBD at a conserved and ‘greasy’ site distal to RBM. Although SR31 distorts RBD at the interface, it does not perturb the RBM conformation, hence displaying no neutralizing activities itself. However, fusing SR31 to two modestly neutralizing sybodies dramatically increases their affinity for RBD and neutralization activity against SARS-CoV-2 pseudovirus. Our work presents a tool protein and an efficient strategy to improve nanobody potency.

Evaporative cooling and radiative cooling are considered to be energy-saving and environmentally friendly cooling technologies. However, the evaporative cooling system requires complex external water supply equipment, and the radiative cooling is susceptible to weather, which hinder the practical application. Herein, TiO2 was used as the photo-initiator and spectral regulator, and a hydrogel integrating radiative cooling and evaporative cooling was prepared by combining photopolymerization with semi-acidification sol–gel transition method. The obtained hydrogel shows good mechanical strength (elongation at break > 600 %, and fracture stress > 200 kPa), high visible reflectance (>80.0 %) and emissivity in atmospheric window band (>90.0 %). At the same time, due to the introduction of hygroscopic agent CaCl2, it can replenish water itself at night. In outdoor experiment, the hydrogel showed a cooling effect of up to 12.5 °C, showing a significant potential for reducing energy consumption in cooling applications. In addition, the synthesis process of hydrogel is green, which aligns with environmental safety and sustainability goals. This study provides a new strategy for developing efficient, environmentally friendly, and low-cost passive coolers to reduce the global energy burden.

Abstract With the prevalence of sequentially-emerged sublineages including BA.1, BA.2 and BA.5, SARS-CoV-2 Omicron infection has transformed into a regional epidemic disease. As a sublineage of BA.5, the BA.5.2.48 outbreak and evolved into multi-subvariants in China without clearly established virological characteristics, especially the pathogenicity. Though reduced airborne transmission and pathogenicity of former Omicron sublineages have been revealed in animal models, the virological characteristics of BA.5.2.48 was unidentified. Here, we evaluated the in vitro and in vivo virological characteristics of two isolates of the prevalent BA.5.2.48 subvariant, DY.2 and DY.1.1 (a subvariant of DY.1). DY.2 replicates more efficiently than DY.1.1 in Hela hACE2+ cells and Calu-3 cells. The A570S mutation (of DY.1) in a normal BA.5 spike protein (DY.2) leads to a 20% improvement in the hACE2 binding affinity, which is slightly reduced by a further K147E mutation (of DY.1.1). Compared to the normal BA.5 spike, the double-mutated protein demonstrates efficient cleavage and reduced fusogenicity. BA.5.2.48 demonstrated enhanced airborne transmission capacity in hamsters than BA.2. The pathogenicity of BA.5.2.48 is greater than BA.2, as revealed in K18-hACE2 rodents. Under immune selection pressure, DY.1.1 shows stronger fitness than DY.2 in hamster turbinates. Thus the outbreaking prevalent BA.5.2.48 multisubvariants exhibites divergent virological features. Importance Omicron continues to circulate and evolves novel sublineages with indistinguishable pathogenicity and transmission. Therefore humanized Omicron-sensitive animal models must be applied to evaluate the virological characteritics and antiviral therapeutics. By using multiple models including the Omicron-lethal H11-K18-hACE2 rodents, BA.5.2.48 revealed higher pathogenicity in the novel H11-K18-hACE2 rodent models than the previously epidemic BA.2, and thus the models are more adapted to Omicron studies. Moreover, the regional outbreaking of BA.5.2.48 promotes the multidirectional evolution of its subvariants, gaining either enhanced pathogenicity or a fitness in upper airways which is associated with higher transmission, highlighting the importance of surveillance and virological studies on regionally endemic sublineages which represents the short-run evolutionary direction of Omicron.