Abstract The recent emergence of B.1.1.529, the Omicron variant 1,2 , has raised concerns of escape from protection by vaccines and therapeutic antibodies. A key test for potential countermeasures against B.1.1.529 is their activity in preclinical rodent models of respiratory tract disease. Here, using the collaborative network of the SARS-CoV-2 Assessment of Viral Evolution (SAVE) programme of the National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), we evaluated the ability of several B.1.1.529 isolates to cause infection and disease in immunocompetent and human ACE2 (hACE2)-expressing mice and hamsters. Despite modelling data indicating that B.1.1.529 spike can bind more avidly to mouse ACE2 (refs. 3,4 ), we observed less infection by B.1.1.529 in 129, C57BL/6, BALB/c and K18-hACE2 transgenic mice than by previous SARS-CoV-2 variants, with limited weight loss and lower viral burden in the upper and lower respiratory tracts. In wild-type and hACE2 transgenic hamsters, lung infection, clinical disease and pathology with B.1.1.529 were also milder than with historical isolates or other SARS-CoV-2 variants of concern. Overall, experiments from the SAVE/NIAID network with several B.1.1.529 isolates demonstrate attenuated lung disease in rodents, which parallels preliminary human clinical data.

Significance To successfully establish infection, viral pathogens have to overcome the interferon (IFN)-mediated antiviral response. Previous studies revealed that the viral accessory protein Orf6 of SARS-CoV and SARS-CoV-2 is able to inhibit STAT1 nuclear translocation to block IFN signaling. In this study, we report that Orf6 localizes at the nuclear pore complex (NPC) where it binds directly to the Nup98-Rae1 complex to target the nuclear import pathway and mediate this inhibition. A better understanding of the strategies used by viruses to subvert host immune responses is critical for the design of novel antivirals and vaccines.

Abstract For efficient cell entry and membrane fusion, SARS-CoV-2 spike (S) protein needs to be cleaved at two different sites, S1/S2 and S2’ by different cellular proteases such as furin and TMPRSS2. Polymorphisms in the S protein can affect cleavage, viral transmission, and pathogenesis. Here, we investigated the role of arising S polymorphisms in vitro and in vivo to understand the emergence of SARS-CoV-2 variants. First, we showed that the S:655Y is selected after in vivo replication in the mink model. This mutation is present in the Gamma Variant Of Concern (VOC) but it also occurred sporadically in early SARS-CoV-2 human isolates. To better understand the impact of this polymorphism, we analyzed the in vitro properties of a panel of SARS-CoV-2 isolates containing S:655Y in different lineage backgrounds. Results demonstrated that this mutation enhances viral replication and spike protein cleavage. Viral competition experiments using hamsters infected with WA1 and WA1-655Y isolates showed that the variant with 655Y became dominant in both direct infected and direct contact animals. Finally, we investigated the cleavage efficiency and fusogenic properties of the spike protein of selected VOCs containing different mutations in their spike proteins. Results showed that all VOCs have evolved to acquire an increased spike cleavage and fusogenic capacity despite having different sets of mutations in the S protein. Our study demonstrates that the S:655Y is an important adaptative mutation that increases viral cell entry, transmission, and host susceptibility. Moreover, SARS-COV-2 VOCs showed a convergent evolution that promotes the S protein processing.

Avian influenza A virus (IAV) surveillance in Northern California, USA, revealed unique IAV hemagglutinin (HA) genome sequences in cloacal swabs from lesser scaups. We found two closely related HA sequences in the same duck species in 2010 and 2013. Phylogenetic analyses suggest that both sequences belong to the recently discovered H19 subtype, which thus far has remained uncharacterized. We demonstrate that H19 does not bind the canonical IAV receptor sialic acid (Sia). Instead, H19 binds to the major histocompatibility complex class II (MHC class II), which facilitates viral entry. Unlike the broad MHC class II specificity of H17 and H18 from bat IAV, H19 exhibits a species-specific MHC class II usage that suggests a limited host range and zoonotic potential. Using cell lines overexpressing MHC class II, we rescued recombinant H19 IAV. We solved the H19 crystal structure and identified residues within the putative Sia receptor binding site (RBS) that impede Sia-dependent entry.

Hybrid immunity to SARS-CoV-2 provides superior protection to re-infection. We performed immune profiling studies during breakthrough infections in mRNA-vaccinated hamsters to evaluate hybrid immunity induction. mRNA vaccine, BNT162b2, was dosed to induce binding antibody titers against ancestral spike, but inefficient serum virus neutralization of ancestral SARS-CoV-2 or variants of concern (VoCs). Vaccination reduced morbidity and controlled lung virus titers for ancestral virus and Alpha but allowed breakthrough infections in Beta, Delta and Mu-challenged hamsters. Vaccination primed T cell responses that were boosted by infection. Infection back-boosted neutralizing antibody responses against ancestral virus and VoCs. Hybrid immunity resulted in more cross-reactive sera. Transcriptomics post-infection reflects both vaccination status and disease course and suggests a role for interstitial macrophages in vaccine-mediated protection. Therefore, protection by vaccination, even in the absence of high titers of neutralizing antibodies in the serum, correlates with recall of broadly reactive B- and T-cell responses.

Abstract The influenza A non-structural protein 1 (NS1) is known for its ability to hinder the synthesis of type I interferon (IFN) during viral infection. Influenza viruses lacking NS1 (ΔNS1) are under clinical development as live attenuated human influenza virus vaccines and induce potent influenza virus-specific humoral and cellular adaptive immune responses. Attenuation of ΔNS1 influenza viruses is due to their high IFN inducing properties, that limit their replication in vivo. This study demonstrates that pre-treatment with a ΔNS1 virus results in an immediate antiviral state which prevents subsequent replication of homologous and heterologous viruses, preventing disease from virus respiratory pathogens, including SARS-CoV-2. Our studies suggest that ΔNS1 influenza viruses could be used for the prophylaxis of influenza, SARS-CoV-2 and other human respiratory viral infections, and that an influenza virus vaccine based on ΔNS1 live attenuated viruses would confer broad protection against influenza virus infection from the moment of administration, first by non-specific innate immune induction, followed by specific adaptive immunity.

Current influenza vaccine strategies have yet to overcome significant obstacles, including rapid antigenic drift of seasonal influenza viruses, in generating efficacious long-term humoral immunity. Due to the necessity of germinal center formation in generating long-lived high affinity antibodies, the germinal center has increasingly become a target for the development of novel or improvement of less-efficacious vaccines. However, there remains a major gap in current influenza research to effectively target T follicular helper cells during vaccination to alter the germinal center reaction. In this study, we used a heterologous infection or immunization priming strategy to seed an antigen-specific memory CD4+ T cell pool prior to influenza infection in mice to evaluate the effect of recalled memory T follicular helper cells in increased help to influenza-specific primary B cells and enhanced generation of neutralizing antibodies. We found that heterologous priming with intranasal infection with acute lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) or intramuscular immunization with adjuvanted recombinant LCMV glycoprotein induced increased antigen-specific effector CD4+ T and B cellular responses following infection with a recombinant influenza strain that expresses LCMV glycoprotein. Heterologously primed mice had increased expansion of secondary Th1 and Tfh cell subsets, including increased CD4+ TRM cells in the lung. However, the early enhancement of the germinal center cellular response following influenza infection did not impact influenza-specific antibody generation or B cell repertoires compared to primary influenza infection. Overall, our study suggests that while heterologous infection/immunization priming of CD4+ T cells is able to enhance the early germinal center reaction, further studies to understand how to target the germinal center and CD4+ T cells specifically to increase long-lived antiviral humoral immunity are needed.

Equitable access to vaccines is necessary to limit the global impact of the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic and the emergence of new severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variants. In previous studies, we described the development of a low-cost vaccine based on a Newcastle Disease virus (NDV) expressing the prefusion stabilized spike protein from SARS-CoV-2, named NDV-HXP-S. Here, we present the development of next-generation NDV-HXP-S variant vaccines, which express the stabilized spike protein of the Beta, Gamma and Delta variants of concerns (VOC). Combinations of variant vaccines in bivalent, trivalent and tetravalent formulations were tested for immunogenicity and protection in mice. We show that the trivalent preparation, composed of the ancestral Wuhan, Beta and Delta vaccines, substantially increases the levels of protection and of cross-neutralizing antibodies against mismatched, phylogenetically distant variants, including the currently circulating Omicron variant.

Abstract Serum titers of SARS-CoV-2 neutralizing antibodies (nAb) correlate well with protection from symptomatic COVID-19, but decay rapidly in the months following vaccination or infection. In contrast, measles-protective nAb titers are life-long after measles vaccination, possibly due to persistence of the live-attenuated virus in lymphoid tissues. We therefore sought to generate a live recombinant measles vaccine capable of driving high SARS-CoV-2 nAb responses. Since previous clinical testing of a live measles vaccine encoding a SARS-CoV-2 spike glycoprotein resulted in suboptimal anti-spike antibody titers, our new vectors were designed to encode prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spike glycoproteins, trimerized via an inserted peptide domain and displayed on a dodecahedral miniferritin scaffold. Additionally, to circumvent the blunting of vaccine efficacy by preformed anti-measles antibodies, we extensively modified the measles surface glycoproteins. Comprehensive in vivo mouse testing demonstrated potent induction of high titer nAb in measles-immune mice and confirmed the significant incremental contributions to overall potency afforded by prefusion stabilization, trimerization, and miniferritin-display of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein, and vaccine resurfacing. In animals primed and boosted with a MeV vaccine encoding the ancestral SARS-CoV-2 spike, high titer nAb responses against ancestral virus strains were only weakly cross-reactive with the omicron variant. However, in primed animals that were boosted with a MeV vaccine encoding the omicron BA.1 spike, antibody titers to both ancestral and omicron strains were robustly elevated and the passive transfer of serum from these animals protected K18-ACE2 mice from infection and morbidity after exposure to BA.1 and WA1/2020 strains. Our results demonstrate that antigen engineering can enable the development of potent measles-based SARS-CoV-2 vaccine candidates.

Defining the subset of cellular factors governing SARS-CoV-2 replication can provide critical insights into viral pathogenesis and identify targets for host-directed antiviral therapies. While a number of genetic screens have previously reported SARS-CoV-2 host dependency factors, these approaches relied on utilizing pooled genome-scale CRISPR libraries, which are biased towards the discovery of host proteins impacting early stages of viral replication. To identify host factors involved throughout the SARS-CoV-2 infectious cycle, we conducted an arrayed genome-scale siRNA screen. Resulting data were integrated with published datasets to reveal pathways supported by orthogonal datasets, including transcriptional regulation, epigenetic modifications, and MAPK signalling. The identified proviral host factors were mapped into the SARS-CoV-2 infectious cycle, including 27 proteins that were determined to impact assembly and release. Additionally, a subset of proteins were tested across other coronaviruses revealing 17 potential pan-coronavirus targets. Further studies illuminated a role for the heparan sulfate proteoglycan perlecan in SARS-CoV-2 viral entry, and found that inhibition of the non-canonical NF-kB pathway through targeting of BIRC2 restricts SARS-CoV-2 replication both in vitro and in vivo. These studies provide critical insight into the landscape of virus-host interactions driving SARS-CoV-2 replication as well as valuable targets for host-directed antivirals.