The Omicron variant of SARS-CoV-2 has rapidly become the dominant infective strain and the focus efforts against the ongoing COVID-19 pandemic. Here we report an extensive set of structures of the Omicron spike trimer by its own or in complex with ACE2 and an anti-Omicron antibody. These structures reveal that most Omicron mutations are located on the surface of the spike protein, which confer stronger ACE2 binding by nearly 10 folds but become inactive epitopes resistant to many therapeutic antibodies. Importantly, both RBD and the closed conformation of the Omicron spike trimer are thermodynamically unstable, with the melting temperature of the Omicron RBD decreased by as much as 7°C, making the spiker trimer prone to random open conformations. An unusual RBD-RBD interaction in the ACE2-spike complex unique to Omicron is observed to support the open conformation and ACE2 binding, serving the basis for the higher infectivity of Omicron. A broad-spectrum therapeutic antibody JMB2002, which has completed Phase 1 clinical trial, is found to interact with the same two RBDs to inhibit ACE2 binding, in a mode that is distinguished from all previous antibodies, thus providing the structural basis for the potent inhibition of Omicron by this antibody. Together with biochemical data, our structures provide crucial insights into higher infectivity, antibody evasion and inhibition of Omicron.

Abstract SARS-CoV-2 infection in human can cause medical complications across various tissues and organs. Despite of the advances to understanding the pathogenesis of SARS-CoV-2, its tissue tropism and interactions with host cells have not been fully understood. Existing clinical data have suggested possible SARS-CoV-2 infection in human skeleton system. In the present study, we found that authentic SARS-CoV-2 could efficiently infect human and mouse bone marrow-derived macrophages (BMMs) and alter the expression of macrophage chemotaxis and osteoclast-related genes. Importantly, in a mouse SARS-CoV-2 infection model that was enabled by the intranasal adenoviral (AdV) delivery of human angiotensin converting enzyme 2 (hACE2), SARS-CoV-2 was found to be present in femoral BMMs as determined by in situ immunofluorescence analysis. Using single-cell RNA sequencing (scRNA-Seq), we characterized SARS-CoV-2 infection in BMMs. Importantly, SARS-CoV-2 entry on BMMs appeared to be dependent on the expression of neuropilin-1 (NRP1) rather than the widely recognized receptor ACE2. It was also noted that unlike brain macrophages which displayed aging-dependent NRP1 expression, BMMs from neonatal and aged mice had constant NRP1 expression, making BMMs constantly vulnerable target cells for SARS-CoV-2. Furthermore, it was found that the abolished SARS-CoV-2 entry in BMM-derived osteoclasts was associated with the loss of NRP1 expression during BMM-to-osteoclast differentiation. Collectively, our study has suggested that NRP1 can mediate SARS-CoV-2 infection in BMMs, which precautions the potential impact of SARS-CoV-2 infection on human skeleton system.

Abstract A central challenge for any therapeutic is targeting diseased over normal cells. Proteolysis is frequently upregulated in disease and can generate proteoforms with unique neo-epitopes. We hypothesize that targeting proteolytic neo-epitopes can enable more effective and safer treatments, reflecting a conditional layer of disease-specific regulation. Here, we characterized the precise proteolytic isoforms of CUB domain containing protein 1 (CDCP1), a protein overexpressed and specifically cleaved in RAS-driven cancers. We validated that the N-terminal and C-terminal fragments of CDCP1 remain associated after proteolysis in vitro and on the surface of pancreatic cancer cells. Using a differential phage display strategy, we generated exquisitely selective recombinant antibodies that target cells harboring cleaved CDCP1 and not the full-length form using antibody-drug conjugates or a bi-specific T-cell engagers. We show tumor-specific localization and anti-tumor activity in a syngeneic pancreatic tumor model having superior safety profiles compared to a pan-CDCP1-targeting antibody. Our studies show proteolytic neo-epitopes can provide an orthogonal “AND” gate for disease-specific targeting. One-Sentence Summary Antibody-based targeting of neo-epitopes generated by disease-associated proteolysis improves the therapeutic index

Abstract Background Rhinoviruses (RVs) cause more than half of common cold and, in some cases, more severe diseases. Functional genomics analyses of RVs using siRNA or genome-wide CRISPR screen uncovered a limited set of host factors, few of which has proven clinical relevance. Results Herein, we systematically compared genome-wide CRISPR screen and surface protein-focused CRISPR screen, referred to as surfaceome CRISPR screen, for their efficiencies in identifying RV host factors. It was found that surfaceome screen outperformed genome-wide screen in the success rate of hit identification. Importantly, using surfaceome screen we have identified olfactomedin like 3 (OLFML3) as a novel host factor of RV serotypes A and B including a clinical isolate. We found that OLFML3 was a RV-inducible suppressor of the innate immune response and that OLFML3 antagonized type I interferon (IFN) signaling in a SOCS3-dependent manner. Conclusion Our study has suggested that RV-induced OLFML3expression is an important mechanism for RV to hijack the immune system and underscored surfaceome CRISPR screen in identifying viral host factors.

During viral infections, type I interferons (IFN) are induced and play a key role in counteracting initial viral spread. Twelve different human IFNα subtypes exist that bind the same receptor; however, they elicit unique host responses and display distinct potencies of antiviral activities. Our previous studies on HIV and HBV demonstrated that the clinically used IFNα2 is not the most effective one among the IFNα subtypes. By sequence modeling, we identified a region in helix B with mainly conserved residues at the outside facing IFNAR1, but variable residues at the inside facing the core of IFNα, potentially representing a putative tunable anchor to tune pleiotropic IFN responses. Using site-directed mutagenesis various mutations were introduced into the IFNα2b backbone targeting sites which are important for binding to IFNAR1 and IFNAR2, the putative tunable anchor, or outside these three regions. Selected mutations were based on sequence differences to high antiviral subtypes IFNα6 and IFNα14. Treatment assays against HBV and HIV identified several critical residues for the antiviral activity of IFNα mainly in the IFNAR1 binding region. Combined mutations of the IFNα2 IFNAR1/2 binding sites or the IFNAR1 binding region plus the putative tunable anchor by those of IFNα14 further augmented activation of different downstream signaling cascades providing a molecular correlate for the enhanced antiviral activity. We describe here important functional residues within IFNα subtype molecules, which enabled us to design novel and innovative drugs that may have the potential to be used in clinical trials against a variety of different viral infections.

Cytomegalovirus (CMV)-based vaccines show promising effects against chronic infections in non-human primates. Therefore, we examined the potential of HBV vaccines based on mouse CMV (MCMV) vectors expressing the small HBsAg. Immunological consequences of vaccine virus attenuation were addressed by either replacing the dispensable gene m157 (‘MCMV-HBs’) or the gene M27 (‘ΔM27-HBs’), the latter encodes a potent interferon antagonist targeting the transcription factor STAT2. M27 was chosen, since human cytomegalovirus (HCMV) encodes an analogous gene product, which also induced proteasomal STAT2 degradation by exploiting Cullin RING ubiquitin ligases. Vaccinated mice were challenged with HBV through hydrodynamic injection. MCMV-HBs and ΔM27-HBs vaccination achieved accelerated HBV clearance in serum and liver as well as robust HBV-specific CD8+ T cell responses. When we explored the therapeutic potential of MCMV-based vaccines, especially the combination of ΔM27-HBs prime and DNA boost vaccination resulted in increased intrahepatic HBs-specific CD8+ T cell responses and HBV clearance in persistently infected mice. Our results demonstrated that vaccines based on a replication competent MCMV attenuated through the deletion of an interferon antagonist targeting STAT2 elicit robust anti-HBV immune responses and mediate HBV clearance in mice in prophylactic and therapeutic immunization regimes.

Seed loss resulting from pod shattering is a major problem in oilseed rape (Brassica napus L.) production worldwide. However, the molecular mechanisms underlying pod shatter resistance are not well understood. Here we show that the pod shatter resistance at quantitative trait locus, qSRI.A9.1 is controlled by a SHATTERPROOF1 (SHP1) paralog in B. napus (BnSHP1.A9). Expression analysis by quantitative RT-PCR showed that BnSHP1.A9 was specifically expressed in flower buds, flowers and developing siliques in the oilseed rape line (R1) carrying the qSRI.A9.1 allele with negative effect，but not expressed in any tissue of the line (R2) carrying the positive effect qSRI.A9.1 allele. Transgenic plants constitutively expressing BnSHP1.A9 alleles from pod resistant and pod shattering parental lines showed that both alleles are responsible for pod shattering via promoting lignification of enb layer, which indicated allelic difference of BnSHP1.A9 gene per se is not the causal factor of the QTL. The upstream sequence of BnSHP1.A9 in the promotor region harboring highly methylated long terminal repeat retrotransposon insertion (LTR, 4803bp) in R2 repressed the expression of BnSHP.A9, and thus contributed to the positive effect on pod shatter resistance. Genetic and association analysis revealed that the copia LTR retrotransposon based marker BnSHP1.A9-R2 can be used for breeding for pod shatter resistant varieties and reducing the loss of seed yield in oilseed rape