Pathogenic viruses like SARS-CoV-2 and HIV hijack the host molecular machinery to establish infection and survival in infected cells. This has led the scientific community to explore the molecular mechanisms by which SARS-CoV-2 infects host cells, establishes productive infection, and causes life-threatening pathophysiology. Very few targeted therapeutics for COVID-19 currently exist, such as remdesivir. Recently, a proteomic approach explored the interactions of 26 of 29 SARS-CoV-2 proteins with cellular targets in human cells and identified 67 interactions as potential targets for drug development. Two of the critical targets, the bromodomain and extra-terminal domain proteins (BETs): BRD2/BRD4 and mTOR, are inhibited by the dual inhibitory small molecule SF2523 at nanomolar potency. SF2523 is the only known mTOR PI3K-α/(BRD2/BRD4) inhibitor with potential to block two orthogonal pathways necessary for SARS-CoV-2 pathogenesis in human cells. Our results demonstrate that SF2523 effectively blocks SARS-CoV-2 replication in lung bronchial epithelial cells in vitro , showing an IC 50 value of 1.5 µM, comparable to IC 50 value of remdesivir (1.1 µM). Further, we demonstrated that the combination of doses of SF2523 and remdesivir is highly synergistic: it allows for the reduction of doses of SF2523 and remdesivir by 25-fold and 4-fold, respectively, to achieve the same potency observed for a single inhibitor. Because SF2523 inhibits two SARS-CoV-2 driven pathogenesis mechanisms involving BRD2/BRD4 and mTOR signaling, our data suggest that SF2523 alone or in combination with remdesivir could be a novel and efficient therapeutic strategy to block SARS-CoV-2 infection and hence be beneficial in preventing severe COVID-19 disease evolution.Evidence of in silico designed chemotype (SF2523) targeting PI3K-α/mTOR/BRD4 inhibits SARS-CoV-2 infection and is highly synergistic with remdesivir.

Host innate immune response follows severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection, and it is the driver of the acute respiratory distress syndrome (ARDS) amongst other inflammatory end-organ morbidities. Such life-threatening coronavirus disease 2019 (COVID-19) is heralded by virus-induced activation of mononuclear phagocytes (MPs; monocytes, macrophages, and dendritic cells). MPs play substantial roles in aberrant immune secretory activities affecting profound systemic inflammation and end organ malfunctions. All follow an abortive viral infection. To elucidate SARS-CoV-2-MP interactions we investigated transcriptomic and proteomic profiles of human monocyte-derived macrophages. While expression of the SARS-CoV-2 receptor, the angiotensin-converting enzyme 2, paralleled monocyte-macrophage differentiation it failed to affect productive viral infection. In contrast, simple macrophage viral exposure led to robust pro-inflammatory cytokine and chemokine expression but attenuated type I interferon (IFN) activity. Both paralleled dysregulation of innate immune signaling pathways specifically those linked to IFN. We conclude that the SARS-CoV-2-infected host mounts a robust innate immune response characterized by a pro-inflammatory storm heralding consequent end-organ tissue damage.

ABSTRACT In the era of highly active anti-retroviral therapy (HAART), obstructive lung diseases (OLDs) are common among the people living with HIV (PLWH); however, the mechanism by which HIV induces OLDs is unclear. Although human bronchial epithelial cells (HBECs) express HIV coreceptors and are critical in regulating lung immune responses, their role in transmitting HIV remains unclear. Herein, we present evidence that HIV-1 infects normal HBECs and the viral DNA is integrated in the genome to establish the viral latency. To prove that HIV productively infects HBECs, we demonstrate: (a) along with CXCR4, HBECs express the HIV-receptor CD4, and are induced to express CCR5 by IL-13 treatment; (b) following infection with HIV, HBECs produce HIV-p24 and contain the latent HIV provirus, which is activated by endotoxin and/or vorinostat; (c) DNA from HIV-1 infected HBECs contains the HIV-specific gag and nef genes, along with Alu sequences, confirming the integration of HIV in the host DNA; (d) the lung epithelial cells of HIV-infected subjects and SHIV-infected cynomolgus macaques are positive for HIV-specific transcripts. Thus, these studies suggest that HIV establishes latency in lung epithelial cells, making them potential HIV reservoirs. The long-living lung epithelial cells, activated by commonly encountered lung infections, might represent an ideal HIV target/reservoir, contributing to OLDs and other HIV-associated lung comorbidities.

Abstract SARS-CoV-2 infection initiates with the attachment of spike protein to the ACE2 receptor. While vaccines have been developed, no SARS-CoV-2 specific small molecule inhibitors have been approved. Herein, utilizing the crystal structure of the ACE2/Spike receptor binding domain (S-RBD) complex in computer-aided drug design (CADD) approach, we docked ∼8 million compounds within the pockets residing at S-RBD/ACE2 interface. Five best hits depending on the docking score, were selected and tested for their in vitro efficacy to block SARS-CoV-2 replication. Of these, two compounds (MU-UNMC-1 and MU-UNMC-2) blocked SARS-CoV-2 replication at sub-micromolar IC 50 in human bronchial epithelial cells (UNCN1T) and Vero cells. Furthermore, MU-UNMC-2 was highly potent in blocking the virus entry by using pseudoviral particles expressing SARS-CoV-2 spike. Finally, we found that MU-UNMC-2 is highly synergistic with remdesivir (RDV), suggesting that minimal amounts are needed when used in combination with RDV, and has the potential to develop as a potential entry inhibitor for COVID-19.

Despite significant effort, a clear understanding of host tissue-specific responses and their implications for immunopathogenicity against the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variant infection has remained poorly defined. To shed light on the interaction between organs and specific SARS-CoV-2 variants, we sought to characterize the complex relationship among acute multisystem manifestations, dysbiosis of the gut microbiota, and the resulting implications for SARS-CoV-2 variant-specific immunopathogenesis in the Golden Syrian Hamster (GSH) model using multi-omics approaches. Our investigation revealed increased viremia in diverse tissues of delta-infected GSH compared to the omicron variant. Multi-omics analyses uncovered distinctive metabolic responses between the delta and omicron variants, with the former demonstrating dysregulation in synaptic transmission proteins associated with neurocognitive disorders. Additionally, delta-infected GSH exhibited an altered fecal microbiota composition, marked by increased inflammation-associated taxa and reduced commensal bacteria compared to the omicron variant. These findings underscore the SARS-CoV-2-mediated tissue insult, characterized by modified host metabolites, neurological protein dysregulation, and gut dysbiosis, highlighting the compromised gut-lung-brain axis during acute infection.

ABSTRACT The twin pandemics of opioid abuse and HIV infection can have devastating effects on physiological systems, including on the brain. Our previous work found that morphine increased the viral reservoir in the brains of treated SIV-infected macaques. In this study, we investigated the interaction of morphine and SIV to identify novel host-specific targets using a multimodal approach. We probed systemic parameters and performed single-cell examination of the targets for infection in the brain, microglia and macrophages. Morphine treatment created an immunosuppressive environment, blunting initial responses to infection, which persisted during antiretroviral treatment. Antiretroviral drug concentrations and penetration into the cerebrospinal fluid and brain were unchanged by morphine treatment. Interestingly, the transcriptional signature of both microglia and brain macrophages was transformed to one of a neurodegenerative phenotype. Notably, the expression of osteopontin, a pleiotropic cytokine, was significantly elevated in microglia. This was especially notable in the white matter, which is also dually affected by HIV and opioids. Increased osteopontin expression was linked to numerous HIV neuropathogenic mechanisms, including those that can maintain a viral reservoir. The opioid morphine is detrimental to SIV/HIV infection, especially in the brain.

Abstract HIV persists in cellular reservoirs despite effective anti-retroviral therapy with rebound of viremia upon therapy interruption. Opioids modulate the immune system and suppress antiviral gene responses, which significantly impact people living with HIV (PLWH). However, the effects of opioids on viral reservoir remains elusive. Herein, we describe a morphine dependent SIVmac251 infected Rhesus macaque (RM) model to study the impact of opioids on HIV reservoirs. RMs were ramped up with morphine (n=10) or saline (n=9) for two weeks to a final dosage of 5mg/kg administered twice daily, which was maintained for seven weeks, and then infected with SIVmac251. Combined anti-retroviral therapy (cART) was initiated in approximately half the animals in each group five weeks post-infection and morphine/saline administration continued for 10 months. Among drug naïve macaques, there were no differences in plasma/CSF viral load nor in cell-associated DNA/RNA loads. However, within the cART-suppressed macaques, there was a reduction in cell-associated DNA load, intact proviral DNA copy numbers, and inducible SIV reservoir in both peripheral blood and lymph nodes (LNs) of morphine-administered RMs compared to saline controls. Further, PBMCs of morphine administered RMs, a reduction in Th1 polarized CD4+ T cells and in LNs there was a reduction in the total Tfh and Th1 like Tfh cells were observed, indicating probably have impact on reduction of viral reservoirs. In distinction to PBMC and LNs, within the CNS size of latent SIV reservoirs was higher in the CD11b+ microglia/macrophages of morphine-dependent RMs. These data suggest that morphine plays a role in modulating SIV reservoirs, reduces the CD4+ T-cell reservoir in both peripheral blood and LNs, and increases microglia/macrophage reservoirs in CNS. These findings will aid in understanding of molecular mechanism(s) of opioid-mediated differential modulation of viral reservoirs and evaluation of therapeutic strategies to reduce/eliminate HIV reservoirs in opioid-dependent PLWH. Author summary Opioids are commonly used as well as abused by HIV infected individuals, are known to suppress immune responses. However, their effects on modulating viral reservoir dynamics is not known. Here we developed a morphine dependent SIVmac251 infected rhesus macaque (RM) model to study the impact of opioids on HIV reservoirs and immune cells. We found that there was no difference in viral loads or cell-associated DNA/RNA loads among morphine dependent vs. saline treated control macaques. On the other hand, when macaques were treated with cART, there was a reduction in SIV reservoirs both in periphery and lymphoid tissues in morphine administered RMs, and the size of latent SIV reservoir was higher in the CNS CD11b+ microglia/macrophages as compared to control macaques. Therefore, these new data form macaque models suggest that PLWH who suffering from opioid use disorders have higher reservoirs in CNS as compared to lymphoid system. Thus, through understanding these reservoirs among PLWH who uses opioids are critical for better designing HIV cure strategies.