Emerging variants of concern of SARS-CoV-2 can significantly reduce the prophylactic and therapeutic efficacy of vaccines and neutralizing antibodies due to mutations in the viral genome. Targeting cell host factors required for infection provides a complementary strategy to overcome this problem since the host genome is less susceptible to variation during the life span of infection. The enzymatic activities of the endosomal PIKfyve phosphoinositide kinase and the serine protease TMPRSS2 are essential to meditate infection in two complementary viral entry pathways. Simultaneous inhibition in cultured cells of their enzymatic activities with the small molecule inhibitors apilimod dimesylate and nafamostat mesylate synergistically prevent viral entry and infection of native SARS-CoV-2 and vesicular stomatitis virus (VSV)-SARS-CoV-2 chimeras expressing the SARS-CoV-2 surface spike (S) protein and of variants of concern. We now report prophylactic prevention of lung infection in mice intranasally infected with SARS-CoV-2 beta by combined intranasal delivery of very low doses of apilimod dimesylate and nafamostat mesylate, in a formulation that is stable for over 3 months at room temperature. Administration of these drugs up to 6 hours post infection did not inhibit infection of the lungs but substantially reduced death of infected airway epithelial cells. The efficiency and simplicity of formulation of the drug combination suggests its suitability as prophylactic or therapeutic treatment against SARS-CoV-2 infection in households, point of care facilities, and under conditions where refrigeration would not be readily available.

Hereditary Spastic Paraplegia (HSP) type 54 is a complex childhood autosomal recessive neurodegenerative disorder characterized by impairments in both neuromuscular and cognitive functions. This condition arises from mutations in the DDHD2 gene, which encodes for the phospholipase A1 enzyme DDHD2. Previous research has indicated that loss of DDHD2 results in lipid droplet accumulation in the brain, progressive apoptosis of motor neurons in the spinal cord, a reduction in cardiolipin content, and an increase in reactive oxygen species. However, the precise underlying mechanisms of HSP54 remains unclear. Our recent study demonstrated a robust increase in saturated free fatty acids (sFFAs), particularly myristic acid, during neuronal stimulation and memory acquisition in vivo in the brains of mice and in vitro in primary neurons. This activity-dependent increase of sFFAs was blocked in DDHD2 knockout mice (DDHD2-/-), suggesting that disturbed production of sFFAs underlies the neuronal pathology of HSP54. Here, using electron microscopy (EM) and live-cell confocal imaging, mass spectrometry and proteomics, electric field stimulation, as well as fluorometric and mitochondrial function assays in cultured primary neurons, we discovered that loss of DDHD2 leads to reduced levels of acetyl-coenzyme A (CoA) and ATP. Additionally, DDHD2 deficiency results in impaired respiratory function, altered mitochondrial morphology and distribution, a significant defect in synaptic vesicle recycling with an accumulation of large bulk endosomes in the presynapses, as well as an imbalance in global protein homeostasis. Our study further reveals that the combined administration of myristic acid and CoA (Myr-CoA) fully rescues mitochondrial function and ATP production within 48 hours. This intervention also leads to a marked restoration of neuronal protein homeostasis, providing the first demonstration of a potential combinatory therapeutic intervention for HSP54. Our findings demonstrate that the sFFAs released by the activity of DDHD2 play a central role in maintaining neuronal energy levels, synaptic function, and protein balance. The requirement for DDHD2 lipase activity in these processes can, therefore, be bypassed by supplementation of a preconjugated Myr-CoA.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), which caused the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, remains a global health concern despite vaccines, neutralizing antibodies, and antiviral drugs. Emerging mutations can reduce the effectiveness of these treatments, suggesting that targeting host cell factors may be a valuable alternative. N -myristoyltransferases (NMT) are essential enzymes for protein N -myristoylation, affecting stability, interaction, localization, and function of numerous proteins. We demonstrate that selective inhibition of host cell NMT decreases SARS-CoV-2 infection by 90% in human lung and primary nasal epithelial cells, and choroid plexus-cortical neuron organoids. NMT inhibition does not affect viral entry, replication or release, but impairs the maturation and incorporation of viral envelope proteins into newly assembled virions, leading to compromised infectivity of released virions. The inhibition of host NMT triggers a Golgi-bypassing pathway for SARS-CoV-2 progeny virion egress, which occurs through endoplasmic reticulum and lysosomal intermediates.

Abstract The phospholipid and free fatty acid (FFA) composition of neuronal membranes plays a crucial role in learning and memory, but the mechanisms through which neuronal activity affects the brain’s lipid landscape remain largely unexplored. Saturated FFAs, particularly myristic acid (C14:0), strongly increase during neuronal stimulation and memory acquisition, suggesting the involvement of phospholipase A1 (PLA1) activity in synaptic plasticity. Here, we show that genetic ablation of the DDHD2 isoform of PLA1 in mice reduced memory performance in reward-based learning and spatial memory models prior to the development of neuromuscular deficits, and markedly reduced saturated FFAs across the brain. DDHD2 was shown to bind to the key synaptic protein STXBP1. Using STXBP1/2 knockout neurosecretory cells and a haploinsufficient STXBP1 +/- mouse model of STXBP1 encephalopathy that is also associated with intellectual disability and motor dysfunction, we show that STXBP1 controls the targeting of DDHD2 to the plasma membrane and the generation of saturated FFAs in the brain. Our findings suggest key roles for DDHD2 and STXBP1 in the lipid metabolism underlying synaptic plasticity, learning and memory.