Abstract Numerous mutations in the spike protein of SARS-CoV-2 B.1.1.529 Omicron variant pose a crisis for antibody-based immunotherapies. The efficacy of emergency use authorized (EUA) antibodies that developed in early SARS-CoV-2 pandemic seems to be in flounder. We tested the Omicron neutralization efficacy of an early B cell antibody repertoire as well as several EUA antibodies in pseudovirus and authentic virus systems. More than half of the antibodies in the repertoire that showed good activity against WA1/2020 previously had completely lost neutralizing activity against Omicron, while antibody 8G3 displayed non-regressive activity. EUA antibodies Etesevimab, Casirivimab, Imdevimab and Bamlanivimab were entirely desensitized by Omicron. Only Sotrovimab targeting the non-ACE2 overlap epitope showed a dramatic decrease activity. Antibody 8G3 efficiently neutralized Omicron in pseudovirus and authentic virus systems. The in vivo results showed that Omicron virus was less virulent than the WA1/2020 strain, but still caused deterioration of health and even death in mice. Treatment with 8G3 quickly cleared virus load of mice. Antibody 8G3 also showed excellent activity against other variants of concern (VOCs), especially more efficient against authentic Delta plus virus. Collectively, our results suggest that neutralizing antibodies with breadth remains broad neutralizing activity in tackling SARS-CoV-2 infection despite the universal evasion from EUA antibodies by Omicron variant.

Abstract Exocytosis is a dynamic physiological process that enables the release of biomolecules to the surrounding environment via the fusion of membrane compartments to the plasma membrane. Understanding its mechanisms is crucial, as defects can compromise essential biological functions. The development of pH-sensitive optical reporters alongside fluorescence microscopy enables the assessment of individual vesicle exocytosis events at the cellular level. Manual annotation represents, however, a time-consuming task, prone to selection biases and human operational errors. Here, we introduce ExoJ, an automated plugin based on ImageJ2/Fiji. ExoJ identifies user-defined genuine populations of exocytic events, recording quantitative features including intensity, apparent size and duration. We designed ExoJ to be fully user-configurable, making it suitable to study distinct forms of vesicle exocytosis regardless of the imaging quality. Our plugin demonstrates its capabilities by showcasing distinct exocytic dynamics among tetraspanins and vesicular SNAREs protein reporters. Assessment of performance on synthetic data demonstrated ExoJ is a robust tool, capable to correctly identify exocytosis events independently of signal-to-noise ratio conditions. We propose ExoJ as a standard solution for future comparative and quantitative studies of exocytosis.

Abstract Emerging SARS-CoV-2 variants are threatening the efficacy of antibody therapies. Combination treatments including ACE2-Fc have been developed to overcome the evasion of neutralizing antibodies (NAbs) in individual cases. Here we conducted a comprehensive evaluation of this strategy by combining ACE2-Fc with NAbs of diverse epitopes on the RBD. NAb+ACE2-Fc combinations efficiently neutralized HIV-based pseudovirus carrying the spike protein of the Delta or Omicron variants, achieving a balance between efficacy and breadth. In an antibody escape assay using replication-competent VSV-SARS-CoV-2-S, all the combinations had no escape after fifteen passages. By comparison, all the NAbs without combo with ACE2-Fc had escaped within six passages. Further, the VSV-S variants escaped from NAbs were neutralized by ACE2-Fc, revealing the mechanism of NAb+ACE2-Fc combinations survived after fifteen passages. We finally examined ACE2-Fc neutralization against pseudovirus variants that were resistant to the therapeutic antibodies currently in clinic. Our results suggest ACE2-Fc is a universal combination partner to combat SARS-CoV-2 variants including Delta and Omicron.

Idiopathic scoliosis (IS) is the most common form of spinal deformity with unclear pathogenesis. In this study, we firstly reanalyzed the loci associated with IS, drawing upon previous studies. Subsequently, we mapped these loci to candidate genes using either location-based or function-based strategies. To further substantiate our findings, we verified the enrichment of variants within these candidate genes across several large IS cohorts encompassing Chinese, East Asian, and European populations. Consequently, we identified variants in the EPHA4 gene as compelling candidates for IS. To confirm their pathogenicity, we generated zebrafish mutants of epha4a . Remarkably, the zebrafish epha4a mutants exhibited pronounced scoliosis during later stages of development, effectively recapitulating the IS phenotype. We observed that the epha4a mutants displayed defects in left-right coordination during locomotion, which arose from disorganized neural activation in these mutants. Our subsequent experiments indicated that the disruption of the central pattern generator (CPG) network, characterized by abnormal axon guidance of spinal cord interneurons, contributed to the disorganization observed in the mutants. Moreover, when knocked down efnb3b , the ligand for Epha4a, we observed similar CPG defects and disrupted left-right locomotion. These findings strongly suggested that ephrin B3-Epha4 signaling is vital for the proper functioning of CPGs, and defects in this pathway could lead to scoliosis in zebrafish. Furthermore, we identified two cases of IS in NGEF , a downstream molecule in the EPHA4 pathway. Collectively, our data provide compelling evidence that neural patterning impairments and disruptions in CPGs may underlie the pathogenesis of IS.

Abstract The continuous emergence of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variants poses challenges to the effectiveness of neutralizing antibodies. Rational design of antibody cocktails is a realizable approach addressing viral immune evasion. However, evaluating the breadth of antibody cocktails is essential for understanding the development potential. Here, based on a replication competent vesicular stomatitis virus model that incorporates the spike of SARS-CoV-2 (VSV-SARS-CoV-2), we evaluated the breadth of a number of antibody cocktails consisting of monoclonal antibodies and bispecific antibodies by long-term passaging the virus in the presence of the cocktails. Results from over two-month passaging of the virus showed that 9E12+10D4+2G1 and 7B9-9D11+2G1 from these cocktails were highly resistant to random mutation, and there was no breakthrough after 30 rounds of passaging. As a control, antibody REGN10933 was broken through in the third passage. Next generation sequencing was performed and several critical mutations related to viral evasion were identified. These mutations caused a decrease in neutralization efficiency, but the reduced replication rate and ACE2 susceptibility of the mutant virus suggested that they might not have the potential to become epidemic strains. The 9E12+10D4+2G1 and 7B9-9D11+2G1 cocktails that picked from the VSV-SARS-CoV-2 system efficiently neutralized all current variants of concern and variants of interest including the most recent variants Delta and Omicron, as well as SARS-CoV-1. Our results highlight the feasibility of using the VSV-SARS-CoV-2 system to develop SARS-CoV-2 antibody cocktails and provide a reference for the clinical selection of therapeutic strategies to address the mutational escape of SARS-CoV-2.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variants of concern (VOCs) continue to wreak havoc across the globe. Higher transmissibility and immunologic resistance of VOCs bring unprecedented challenges to epidemic extinguishment. Here we describe a monoclonal antibody, 2G1, that neutralizes all current VOCs and has surprising tolerance to mutations adjacent to or within its interaction epitope. Cryo-electron microscopy structure showed that 2G1 bound to the tip of receptor binding domain (RBD) of spike protein with small contact interface but strong hydrophobic effect, which resulted in nanomolar to sub-nanomolar affinities to spike proteins. The epitope of 2G1 on RBD partially overlaps with ACE2 interface, which gives 2G1 ability to block interaction between RBD and ACE2. The narrow binding epitope but high affinity bestow outstanding therapeutic efficacy upon 2G1 that neutralized VOCs with sub-nanomolar IC 50 in vitro . In SARS-CoV-2 and Beta- and Delta-variant-challenged transgenic mice and rhesus macaque models, 2G1 protected animals from clinical illness and eliminated viral burden, without serious impact to animal safety. Mutagenesis experiments suggest that 2G1 could be potentially capable of dealing with emerging SARS-CoV-2 variants in future. This report characterized the therapeutic antibodies specific to the tip of spike against SARS-CoV-2 variants and highlights the potential clinical applications as well as for developing vaccine and cocktail therapy.