Abstract Blockade of PD-L1 expression on tumor cells via anti–PD-L1 monoclonal antibody (mAb) has shown great promise for successful cancer treatment by overcoming T-cell exhaustion; however, the function of PD-L1 on natural killer (NK) cells and the effects of anti–PD-L1 mAb on PD-L1+ NK cells remain unknown. Moreover, patients with PD-L1− tumors can respond favorably to anti–PD-L1 mAb therapy for unclear reasons. Here, we show that some tumors can induce PD-L1 on NK cells via AKT signaling, resulting in enhanced NK-cell function and preventing cell exhaustion. Anti–PD-L1 mAb directly acts on PD-L1+ NK cells against PD-L1− tumors via a p38 pathway. Combination therapy with anti–PD-L1 mAb and NK cell–activating cytokines significantly improves the therapeutic efficacy of human NK cells against PD-L1− human leukemia when compared with monotherapy. Our discovery of a PD-1–independent mechanism of antitumor efficacy via the activation of PD-L1+ NK cells with anti–PD-L1 mAb offers new insights into NK-cell activation and provides a potential explanation as to why some patients lacking PD-L1 expression on tumor cells still respond to anti–PD-L1 mAb therapy. Significance: Targeting PD-L1 expressed on PD-L1+ tumors with anti–PD-L1 mAb successfully overcomes T-cell exhaustion to control cancer, yet patients with PD-L1− tumors can respond to anti–PD-L1 mAb. Here, we show that anti–PD-L1 mAb activates PD-L1+ NK cells to control growth of PD-L1− tumors in vivo, and does so independent of PD-1. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1325

Human coronavirus (hCoV) HKU1 is one of six hCoVs identified to date and the only one with an unidentified cellular receptor. hCoV-HKU1 encodes a hemagglutinin-esterase (HE) protein that is unique to the group a betacoronaviruses (group 2a). The function of HKU1-HE remains largely undetermined. In this study, we examined binding of the S1 domain of hCoV-HKU1 spike to a panel of cells and found that the S1 could specifically bind on the cell surface of a human rhabdomyosarcoma cell line, RD. Pretreatment of RD cells with neuraminidase (NA) and trypsin greatly reduced the binding, suggesting that the binding was mediated by sialic acids on glycoproteins. However, unlike other group 2a CoVs, e.g., hCoV-OC43, for which 9-O-acetylated sialic acid (9-O-Ac-Sia) serves as a receptor determinant, HKU1-S1 bound with neither 9-O-Ac-Sia-containing glycoprotein(s) nor rat and mouse erythrocytes. Nonetheless, the HKU1-HE was similar to OC43-HE, also possessed sialate-O-acetylesterase activity, and acted as a receptor-destroying enzyme (RDE) capable of eliminating the binding of HKU1-S1 to RD cells, whereas the O-acetylesterase-inactive HKU1-HE mutant lost this capacity. Using primary human ciliated airway epithelial (HAE) cell cultures, the only in vitro replication model for hCoV-HKU1 infection, we confirmed that pretreatment of HAE cells with HE but not the enzymatically inactive mutant blocked hCoV-HKU1 infection. These results demonstrate that hCoV-HKU1 exploits O-Ac-Sia as a cellular attachment receptor determinant to initiate the infection of host cells and that its HE protein possesses the corresponding sialate-O-acetylesterase RDE activity.Human coronaviruses (hCoV) are important human respiratory pathogens. Among the six hCoVs identified to date, only hCoV-HKU1 has no defined cellular receptor. It is also unclear whether hemagglutinin-esterase (HE) protein plays a role in viral entry. In this study, we found that, similarly to other members of the group 2a CoVs, sialic acid moieties on glycoproteins are critical receptor determinants for the hCoV-HKU1 infection. Interestingly, the virus seems to employ a type of sialic acid different from those employed by other group 2a CoVs. In addition, we determined that the HKU1-HE protein is an O-acetylesterase and acts as a receptor-destroying enzyme (RDE) for hCoV-HKU1. This is the first study to demonstrate that hCoV-HKU1 uses certain types of O-acetylated sialic acid residues on glycoproteins to initiate the infection of host cells and that the HKU1-HE protein possesses sialate-O-acetylesterase RDE activity.

Abstract A high-resolution understanding of the antibody response to SARS-CoV-2 is important for the design of effective diagnostics, vaccines and therapeutics. However, SARS-CoV-2 antibody epitopes remain largely uncharacterized, and it is unknown whether and how the response may cross-react with related viruses. Here, we use a multiplexed peptide assay (‘PepSeq’) to generate an epitope-resolved view of reactivity across all human coronaviruses. PepSeq accurately detects SARS-CoV-2 exposure and resolves epitopes across the Spike and Nucleocapsid proteins. Two of these represent recurrent reactivities to conserved, functionally-important sites in the Spike S2 subunit, regions that we show are also targeted for the endemic coronaviruses in pre-pandemic controls. At one of these sites, we demonstrate that the SARS-CoV-2 response strongly and recurrently cross-reacts with the endemic virus hCoV-OC43. Our analyses reveal new diagnostic and therapeutic targets, including a site at which SARS-CoV-2 may recruit common pre-existing antibodies and with the potential for broadly-neutralizing responses.

Abstract A comprehensive analysis and characterization of a SARS-CoV-2 infection model that mimics non-severe and severe COVID-19 in humans is warranted for understating the virus and developing preventive and therapeutic agents. Here, we characterized the K18-hACE2 mouse model expressing human (h)ACE2 in mice, controlled by the human keratin 18 (K18) promoter, in epithelia, including airway epithelial cells where SARS-CoV-2 infections typically start. We found that intranasal inoculation with higher viral doses (2×10 3 and 2×10 4 PFU) of SARS-CoV-2 caused lethality of all mice and severe damage of various organs, including lungs, liver, and kidney, while lower doses (2×10 1 and 2×10 2 PFU) led to less severe tissue damage and some mice recovered from the infection. In this humanized hACE2 mouse model, SARS-CoV-2 infection damaged multiple tissues, with a dose-dependent effect in most tissues. Similar damage was observed in biopsy samples from COVID-19 patients. Finally, the mice that recovered after infection with a low dose of virus also survived rechallenge with a high dose of virus. Compared to other existing models, the K18-hACE2 model seems to be the most sensitive COVID-19 model reported to date. Our work expands the information available about this model to include analysis of multiple infectious doses and various tissues with comparison to human biopsy samples from COVID-19 patients. In conclusion, the K18-hACE2 mouse model recapitulates both severe and non-severe COVID-19 in humans and can provide insight into disease progression and the efficacy of therapeutics for preventing or treating COVID-19. Importance The pandemic of COVID-19 has reached 112,589,814 cases and caused 2,493,795 deaths worldwide as of February 23, 2021, has raised an urgent need for development of novel drugs and therapeutics to prevent the spread and pathogenesis of SARS-CoV-2. To achieve this goal, an animal model that recapitulates the features of human COVID-19 disease progress and pathogenesis is greatly needed. In this study, we have comprehensively characterized a mouse model of SARS-CoV-2 infection using K18-hACE2 transgenic mice. We infected the mice with low and high doses of SARS-CoV-2 virus to study the pathogenesis and survival in response to different infection patterns. Moreover, we compared the pathogenesis of the K18-hACE2 transgenic mice with that of the COVID-19 patients to show that this model could be a useful tool for the development of anti-viral drugs and therapeutics.

The ongoing coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic is caused by infection with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Cancer patients are usually immunocompromised and thus are particularly susceptible to SARS-CoV-2 infection resulting in COVID-19. Although many vaccines against COVID-19 are being preclinically or clinically tested or approved, none have yet been specifically developed for cancer patients or reported as having potential dual functions to prevent COVID-19 and treat cancer. Here, we confirmed that COVID-19 patients with cancer have low levels of antibodies against the spike (S) protein, a viral surface protein mediating the entry of SARS-CoV-2 into host cells, compared with COVID-19 patients without cancer. We developed an oncolytic herpes simplex virus-1 vector-based vaccine named oncolytic virus (OV)-spike. OV-spike induced abundant anti-S protein neutralization antibodies in both tumor-free and tumor-bearing mice, which inhibit infection of VSV-SARS-CoV-2 and wild-type (WT) live SARS-CoV-2 as well as the B.1.1.7 variant in vitro. In the tumor-bearing mice, OV-spike also inhibited tumor growth, leading to better survival in multiple preclinical tumor models than the untreated control. Furthermore, OV-spike induced anti-tumor immune response and SARS-CoV-2-specific T cell response without causing serious adverse events. Thus, OV-spike is a promising vaccine candidate for both preventing COVID-19 and enhancing the anti-tumor response.A herpes oncolytic viral vector-based vaccine is a promising vaccine with dual roles in preventing COVID-19 and treating tumor progression.

The ongoing coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic is caused by infection with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Human natural defense mechanisms against SARS-CoV-2 are largely unknown. Serine proteases (SPs) including furin and TMPRSS2 cleave SARS-CoV-2 spike protein, facilitating viral entry. Here, we show that FXa, a SP for blood coagulation, is upregulated in COVID-19 patients compared to non-COVID-19 donors and exerts anti-viral activity. Mechanistically, FXa cleaves the SARS-CoV-2 spike protein, which prevents its binding to ACE2, and thus blocks viral entry. Furthermore, the variant B.1.1.7 with several mutations is dramatically resistant to the anti-viral effect of FXa compared to wild-type SARA-CoV-2 in vivo and in vitro. The anti-coagulant rivaroxaban directly inhibits FXa and facilitates viral entry, whereas the indirect inhibitor fondaparinux does not. In a lethal humanized hACE2 mouse model of SARS-CoV-2, FXa prolonged survival while combination with rivaroxaban but not fondaparinux abrogated this protection. These preclinical results identify a previously unknown SP function and associated anti-viral host defense mechanism and suggest caution in considering direct inhibitors for prevention or treatment of thrombotic complications in COVID-19 patients.