The pandemic of COVID-19 has posed an unprecedented threat to global public health. However, the interplay between the viral pathogen of COVID-19, SARS-CoV-2, and host innate immunity is poorly understood. Here we show that SARS-CoV-2 induces overt but delayed type-I interferon (IFN) responses. By screening 23 viral proteins, we find that SARS-CoV-2 NSP1, NSP3, NSP12, NSP13, NSP14, ORF3, ORF6 and M protein inhibit Sendai virus-induced IFN-β promoter activation, whereas NSP2 and S protein exert opposite effects. Further analyses suggest that ORF6 inhibits both type I IFN production and downstream signaling, and that the C-terminus region of ORF6 is critical for its antagonistic effect. Finally, we find that IFN-β treatment effectively blocks SARS-CoV-2 replication. In summary, our study shows that SARS-CoV-2 perturbs host innate immune response via both its structural and nonstructural proteins, and thus provides insights into the pathogenesis of SARS-CoV-2.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and its emerging variants of concern (VOC), such as Delta (B.1.617.2) and Omicron (B.1.1.529), has continued to drive the worldwide pandemic. Therefore, there is a high demand for vaccines with enhanced efficacy, high thermostability, superior design flexibility, and fast manufacturing speed. Here, we report a circular RNA (circRNA) vaccine that encodes the trimeric RBD of SARS-CoV-2 Spike protein. Without the need of nucleotide modification, 5’-capping or 3’-polyadenylation, circRNA could be rapidly produced via in vitro transcription and is highly thermostable whether stored in naked or lipid-nanoparticle (LNP)-encapsulated format. LNP-encapsulated circRNA RBD elicited potent neutralizing antibodies and T cell responses, providing robust protection against Beta (B.1.351) and native viruses in mice and rhesus macaques, respectively. Notably, circRNA vaccine enabled higher and more durable antigen production than 1mΨ-modified mRNA vaccine, eliciting a higher proportion of neutralizing antibodies and stronger Th1-biased immune responses. Importantly, we found that circRNA RBD-Omicron vaccine induced effective neutralizing antibodies against only Omicron but not Delta variant. By contrast, circRNA RBD-Delta could elicit high level of neutralizing antibodies against both Delta and Omicron. Following two doses of either native- or Delta-specific vaccination, circRNA RBD-Delta , but not Omicron or Beta vaccines, could effectively boost the neutralizing antibodies against both Delta and Omicron variants. These results suggest that circRNA RBD-Delta is a favorable choice for vaccination to provide a broad-spectrum protection against the current variants of concern of SARS-CoV-2.

The ongoing pandemic of coronavirus disease 2019 (COVID-19) caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has been endangering worldwide public health and economy. SARS-CoV-2 infects a variety of tissues where the known receptor ACE2 is low or almost absent, suggesting the existence of alternative pathways for virus entry. Here, we performed a genome-wide barcoded-CRISPRa screen to identify novel host factors that enable SARS-CoV-2 infection. In addition to known host proteins, i.e. ACE2, TMPRSS2 and NRP1, we identified multiple host components, among which LDLRAD3, TMEM30A and CLEC4G were confirmed as functional receptors for SARS-CoV-2. All these membrane proteins bind directly to spike’s N-terminal domain (NTD). Their essential and physiological roles have all been confirmed in either neuron or liver cells. In particular, LDLRAD3 and CLEC4G mediate SARS-CoV-2 entry and infection in a fashion independent of ACE2. The identification of the novel receptors and entry mechanisms could advance our understanding of the multiorgan tropism of SARS-CoV-2, and may shed light on the development of the therapeutic countermeasures against COVID-19.

Abstract COVID-19 pandemic has infected millions of people with mortality exceeding 300,000. There is an urgent need to find therapeutic agents that can help clear the virus to prevent the severe disease and death. Identifying effective and safer drugs can provide with more options to treat the COVID-19 infections either alone or in combination. Here we performed a high throughput screen of approximately 1700 US FDA approved compounds to identify novel therapeutic agents that can effectively inhibit replication of coronaviruses including SARS-CoV-2. Our two-step screen first used a human coronavirus strain OC43 to identify compounds with anti-coronaviral activities. The effective compounds were then screened for their effectiveness in inhibiting SARS-CoV-2. These screens have identified 24 anti-SARS-CoV-2 drugs including previously reported compounds such as hydroxychloroquine, amlodipine, arbidol hydrochloride, tilorone 2HCl, dronedarone hydrochloride, and merfloquine hydrochloride. Five of the newly identified drugs had a safety index (cytotoxic/effective concentration) of >600, indicating wide therapeutic window compared to hydroxychloroquine which had safety index of 22 in similar experiments. Mechanistically, five of the effective compounds were found to block SARS-CoV-2 S protein-mediated cell fusion. These FDA approved compounds can provide much needed therapeutic options that we urgently need in the midst of the pandemic.

Abstract The rapid promotion of single-cell omics in various fields has begun to help solve many problems encountered in research including precision medicine, prenatal diagnosis, and embryo development. Meanwhile, single-cell techniques are also constantly updated with increasing demand. For some specific target cells, the workflow from droplet screening to single-cell sequencing is a preferred option, which also should reduce the impact of operation steps such as demulsification and cell recovery. We developed an all-in-droplet method integrating cell encapsulation, target sorting, droplet picoinjection, and single-cell transcriptome profiling on chips to achieve a labor-saving monitor of TCR-T cells. As a proof of concept, in this research, TCR-T cells were encapsulated, sorted, and performed single-cell transcriptome sequencing (scRNA-seq) by injecting reagents into droplet. It avoided the tedious operation of droplet breakage and re-encapsulation between droplet sorting and scRNA-seq. Moreover, convenient device operation will accelerate the progress of chip marketization. The strategy achieved an excellent recovery performance of single cell transcriptome with a median gene number over 4000 and a cross-contamination rate of 8.2 ± 2%. Furthermore, this strategy allows us to develop a device with high integrability to monitor infused TCR-T cells, which will promote the development of adoptive T cell immunotherapy and their clinical application.

Colorectal cancer (CRC) is a malignant cancer with high incidence and mortality in the world, as the result of the traditional treatments. Immunotherapy targeting neoantigens can induce durable tumor regression in cancer patients, but is almost limited to individual treatment, resulting from the unique neoantigens. Many shared oncogenic mutations are detected, but whether the common neoantigens can be identified in CRC is unknown. Using the somatic mutations data from 321 CRC patients combined with a filter standard and 7 predicted algorithms, we screened and obtained 25 HLA-A*11:01 restricted common neoantigens with high binding affinity (IC50<50 nM) and presentation score (>0.9). Except the positive epitope KRAS_G12V8-16, 11 out of 25 common neoantigens were proved to be naturally processed and presented on constructed K562 cell surface by mass spectroscopy (MS), and 11 out of 25 common neoantigens specifically induced in vitro pre-stimulated cytotoxic lymphocyte (CTL) to secrete IFN-γ. However, only 2 out of 25 common neoantigens were simultaneously presented and immunogenic. Moreover, using cell-sorting technology combined with single-cell RNA sequencing, the immune repertoire profiles of C1orf170_S418G413-421 and KRAS_G12V8-16-specific CTL were clarified. Therefore, common neoantigens with presentation and immunogenicity could be found in CRC, which would be developed as the universal targets for CRC immunotherapy.* Abbreviations : CRC : colorectal cancer MMR : deficient mismatch repair MSI-H : highly microsatellite instable pMMR : proficient mismatch repair MSS : microsatellite stable ADC : autologous tumor lysate DC CAR : chimeric antigen receptor TAA : tumor associated antigen CEA : carcinoembryonic antigen HER2 : human epidermal growth factor receptor-2 TSA : tumor-specific antigen MHC : major histocompatibility complex TMB : tumor mutational burden TCR : T-cell receptor PRM : parallel reaction monitoring TIL : tumor infiltrating lymphocyte MS : mass spectrometry ATCC : American Type Culture Collection PBMC : peripheral blood mononuclear cell ICGC : International Cancer Genome Consortium COCA-CN : China-Colorectal Cancer Project InDel : insertions or deletion EPIC : Epitope Presentation Integrated prediction MITD : MHC class I trafficking signal CTL : cytotoxic lymphocyte ELISPOT : enzyme-linked immunospot FACS : fluorescence-activated cell sorting GEM : Gel Bead in Emulsion

Background KRAS is one of the most frequently mutated oncogenes in human cancers, but its activating mutations have remained undruggable due to its picomolar affinity for GTP/GDP and its smooth protein structure resulting in the absence of known allosteric regulatory sites.Results With the goal of treating mutated KRAS -driven cancers, two CRISPR systems, CRISPR-SpCas9 genome-editing system and transcription-regulating system dCas9-KRAB, were developed to directly deplete KRAS mutant allele or to repress its transcription in cancer cells, respectively, through guide RNA specifically targeting the mutant but not wild-type allele. The effect of in vitro proliferation and cell cycle on cancer cells as well as in vivo tumor growth was examined after delivery of Cas9 system. SpCas9 and dCas9-KRAB systems with sgRNA targeting the mutant allele both blocked the expression of mutant KRAS gene, leading to an inhibition of cancer cell proliferation. Local adenoviral injections using SpCas9 and dCas9-KRAB systems both suppressed tumor growth in vivo . The gene-depletion system (SpCas9) performed more effectively than the transcription-suppressing system (dCas9-KRAB) on tumor inhibition. Application of both Cas9 systems to wild-type KRAS tumor cells did not affect cell proliferation in vitro and in vivo . Furthermore, through bioinformatic analysis of 31555 SNP mutations of the top 20 cancer driver genes, we showed that our mutant-specific editing strategy could be extended to a list of oncogenic mutations with high editing potentials, and this pipeline can be applied to analyze the distribution of PAM sequence in the genome to survey the best targets for other editing purpose.Conclusions We successfully developed both gene-depletion and transcription-suppressing systems to specifically target an oncogenic mutant allele of KRAS which led to significant tumor regression. It provides a promising strategy for the treatment of tumors with driver gene mutations.* PDACs : pancreatic ductal adenocarcinomas CRCs : colorectal adenocarcinomas LACs : lung adenocarcinomas CRISPR : Clustered regularly interspaced short palindromic repeats SpCas9 : S.pyogenes CRISPR associated protein 9 EGFR : epidermal growth factor receptor dCas9 : dead Cas9 KRAB : Krüppel associated box PAM : protospacer adjacent motif NGS : next generation sequencing CFA : colony formation assay DSB : double stand break IHC : immunohistochemical WB : western blot SNV : single nucleotide variation S : sense AS : anti-sense SNP : single-nucleotide polymorphism AAV : adeno-associated viral ATCC : American Type Culture Collection DMEM : Dulbecco’s modified Eagle’s medium GAPDH : glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase H&E : hematoxylin and eosin

Abstract PD-L1 expression levels in tumors do not consistently predict cancer patients’ response to PD-(L)1 inhibitors. We therefore evaluated how tumor PD-L1 levels affect the anti-PD-(L)1 efficacy and T cell function. We used MART-1-specific TCR-T cells (TCR-T MART-1 ) stimulated with MART-1 27-35 peptide-loaded MEL-526 tumor cells with different proportions of them expressing PD-L1 to perform cellular assays and high-throughput single-cell RNA sequencing. Compared to control T cells, TCR-T MART-1 were more sensitive to exhaustion and secreted lower pro-inflammatory but higher anti-inflammatory cytokines with increasing proportions of PD-L1 + tumor cells. The colocalization of T cells and tumor cells in gene clusters correlated negatively with the proportion of PD-L1 + tumor cells and positively with immune cell cytotoxicity. Moreover, elevated proportion of PD-L1 + tumor cells increased PD-L1 expression and decreased PD-1 expression on T cells and enhanced T cell death. The expression of PD-1 and PD-L1 in T cells and macrophages also correlated positively with COVID-19 severity.