The RAS/RAF signaling pathway is an important mediator of tumor cell proliferation and angiogenesis. The novel bi-aryl urea BAY 43-9006 is a potent inhibitor of Raf-1, a member of the RAF/MEK/ERK signaling pathway. Additional characterization showed that BAY 43-9006 suppresses both wild-type and V599E mutant BRAF activity in vitro. In addition, BAY 43-9006 demonstrated significant activity against several receptor tyrosine kinases involved in neovascularization and tumor progression, including vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR)-2, VEGFR-3, platelet-derived growth factor receptor beta, Flt-3, and c-KIT. In cellular mechanistic assays, BAY 43-9006 demonstrated inhibition of the mitogen-activated protein kinase pathway in colon, pancreatic, and breast tumor cell lines expressing mutant KRAS or wild-type or mutant BRAF, whereas non-small-cell lung cancer cell lines expressing mutant KRAS were insensitive to inhibition of the mitogen-activated protein kinase pathway by BAY 43-9006. Potent inhibition of VEGFR-2, platelet-derived growth factor receptor beta, and VEGFR-3 cellular receptor autophosphorylation was also observed for BAY 43-9006. Once daily oral dosing of BAY 43-9006 demonstrated broad-spectrum antitumor activity in colon, breast, and non-small-cell lung cancer xenograft models. Immunohistochemistry demonstrated a close association between inhibition of tumor growth and inhibition of the extracellular signal-regulated kinases (ERKs) 1/2 phosphorylation in two of three xenograft models examined, consistent with inhibition of the RAF/MEK/ERK pathway in some but not all models. Additional analyses of microvessel density and microvessel area in the same tumor sections using antimurine CD31 antibodies demonstrated significant inhibition of neovascularization in all three of the xenograft models. These data demonstrate that BAY 43-9006 is a novel dual action RAF kinase and VEGFR inhibitor that targets tumor cell proliferation and tumor angiogenesis.

Angiogenesis and signaling through the RAF/mitogen-activated protein/extracellular signal-regulated kinase (ERK) kinase (MEK)/ERK cascade have been reported to play important roles in the development of hepatocellular carcinomas (HCC). Sorafenib (BAY 43-9006, Nexavar) is a multikinase inhibitor with activity against Raf kinase and several receptor tyrosine kinases, including vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR2), platelet-derived growth factor receptor (PDGFR), FLT3, Ret, and c-Kit. In this study, we investigated the in vitro effects of sorafenib on PLC/PRF/5 and HepG2 HCC cells and the in vivo antitumor efficacy and mechanism of action on PLC/PRF/5 human tumor xenografts in severe combined immunodeficient mice. Sorafenib inhibited the phosphorylation of MEK and ERK and down-regulated cyclin D1 levels in these two cell lines. Sorafenib also reduced the phosphorylation level of eIF4E and down-regulated the antiapoptotic protein Mcl-1 in a MEK/ERK-independent manner. Consistent with the effects on both MEK/ERK-dependent and MEK/ERK-independent signaling pathways, sorafenib inhibited proliferation and induced apoptosis in both HCC cell lines. In the PLC/PRF/5 xenograft model, sorafenib tosylate dosed at 10 mg/kg inhibited tumor growth by 49%. At 30 mg/kg, sorafenib tosylate produced complete tumor growth inhibition. A dose of 100 mg/kg produced partial tumor regressions in 50% of the mice. In mechanism of action studies, sorafenib inhibited the phosphorylation of both ERK and eIF4E, reduced the microvessel area (assessed by CD34 immunohistochemistry), and induced tumor cell apoptosis (assessed by terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated nick end labeling) in PLC/PRF/5 tumor xenografts. These results suggest that the antitumor activity of sorafenib in HCC models may be attributed to inhibition of tumor angiogenesis (VEGFR and PDGFR) and direct effects on tumor cell proliferation/survival (Raf kinase signaling-dependent and signaling-independent mechanisms).

Abstract The COVID-19 pandemic caused by the novel coronavirus SARS-CoV-2 is a worldwide health emergency. The immense damage done to public health and economies has prompted a global race for cures and vaccines. In developing a COVID-19 vaccine, we applied technology previously used for MERS-CoV to produce a prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spike protein by adding two proline substitutions at the top of the central helix (S-2P). To enhance immunogenicity and mitigate the potential vaccine-induced immunopathology, CpG 1018, a Th1-biasing synthetic toll-like receptor 9 (TLR9) agonist was selected as an adjuvant candidate. S-2P was combined with various adjuvants, including CpG 1018, and administered to mice to test its effectiveness in eliciting anti-SARS-CoV-2 neutralizing antibodies. S-2P in combination with CpG 1018 and aluminum hydroxide (alum) was found to be the most potent immunogen and induced high titer of spike-specific antibodies in sera of immunized mice. The neutralizing abilities in pseudotyped lentivirus reporter or live wild-type SARS-CoV-2 were measured with reciprocal inhibiting dilution (ID 50 ) titers of 5120 and 2560, respectively. In addition, the antibodies elicited were able to cross-neutralize pseudovirus containing the spike protein of the D614G variant, indicating the potential for broad spectrum protection. A marked Th-1 dominant response was noted from cytokines secreted by splenocytes of mice immunized with CpG 1018 and alum. No vaccine-related serious adverse effects were found in the dose-ranging study in rats administered single- or two-dose regimens with up to 50 μg of S-2P combined with CpG 1018 alone or CpG 1018 with alum. These data support continued development of CHO-derived S-2P formulated with CpG 1018/alum as a candidate vaccine to prevent COVID-19 disease.

Abstract The COVID-19 pandemic presents an unprecedented challenge to global public health. Rapid development and deployment of safe and effective vaccines are imperative to control the pandemic. In the current study, we applied our adjuvanted stable prefusion SARS-CoV-2 spike (S-2P)-based vaccine, MVC-COV1901, to hamster models to demonstrate immunogenicity and protection from virus challenge. Golden Syrian hamsters immunized intramuscularly with two injections of 1 µg or 5 µg of S-2P adjuvanted with CpG 1018 and aluminum hydroxide (alum) were challenged intranasally with SARS-CoV-2. Prior to virus challenge, the vaccine induced high levels of neutralizing antibodies with 10,000-fold higher IgG level and an average of 50-fold higher pseudovirus neutralizing titers in either dose groups than vehicle or adjuvant control groups. Six days after infection, vaccinated hamsters did not display any weight loss associated with infection and had significantly reduced lung pathology and most importantly, lung viral load levels were reduced to lower than detection limit compared to unvaccinated animals. Vaccination with either 1 μg or 5 μg of adjuvanted S-2P produced comparable immunogenicity and protection from infection. This study builds upon our previous results to support the clinical development of MVC-COV1901 as a safe, highly immunogenic, and protective COVID-19 vaccine.

Abstract The current fight against COVID-19 is compounded by the Variants of Concern (VoCs), which can diminish the effectiveness of vaccines and potentially increase viral transmission and severity of disease. MVC-COV1901 is a protein subunit vaccine based on the prefusion SARS-CoV-2 spike protein (S-2P) and is adjuvanted with CpG 1018 and aluminum hydroxide. In this study, we used the Delta variant to challenge hamsters inoculated with S-2P from the Wuhan wildtype and the Beta variant in two-dose or three-dose regimens. Two doses of wildtype S-2P followed by the third dose of Beta variant was shown to induce the highest neutralizing antibody titer against live SARS-CoV-2 of the wildtype and all current VoCs, as well as improved neutralization against Omicron variant pseudovirus compared to three doses of wildtype S-P. All regimens of vaccination were able to protect hamsters from SARS-CoV-2 Delta variant challenge and resulted in reduced lung live virus titer and pathology. Three doses of vaccination also significantly reduced lung viral RNA titer, regardless of whether the wildtype or Beta variant S-2P was used as the third dose. Based on the immunogenicity and viral challenge data, two doses of wildtype S-2P followed by the third dose of Beta variant S-2P induced potent antibody immune responses against the VoCs.

Abstract With the rapid progress made in the development of vaccines to fight the SARS-CoV-2 pandemic, almost >90% of vaccine candidates under development and a 100% of the licensed vaccines are delivered intramuscularly (IM). While these vaccines are highly efficacious against COVID-19 disease, their efficacy against SARS-CoV-2 infection of upper respiratory tract and transmission is at best temporary. Development of safe and efficacious vaccines that are able to induce robust mucosal and systemic immune responses are needed to control new variants. In this study, we have used our nanoemulsion adjuvant (NE01) to intranasally (IN) deliver stabilized spike protein (S-2P) to induce immunogenicity in mouse and hamster models. Data presented demonstrate the induction of robust immunity in mice resulting in 100% seroconversion and protection against SARS-CoV-2 in a hamster challenge model. There was a significant induction of mucosal immune responses as demonstrated by IgA- and IgG-producing memory B cells in the lungs of animals that received intranasal immunizations compared to an alum adjuvanted intramuscular vaccine. The efficacy of the S-2P/NE01 vaccine was also demonstrated in an intranasal hamster challenge model with SARS-CoV-2 and conferred significant protection against weight loss, lung pathology, and viral clearance from both upper and lower respiratory tract. Our findings demonstrate that intranasal NE01-adjuvanted vaccine promotes protective immunity against SARS-CoV-2 infection and disease through activation of three arms of immune system: humoral, cellular, and mucosal, suggesting that an intranasal SARS-CoV-2 vaccine may play a role in addressing a unique public health problem and unmet medical need.

Carbon (C) and nitrogen (N) metabolism are critical to plant growth and development and at the basis of yield and adaptation. We have applied high throughput metabolite analyses to over 12,000 diverse field grown samples from the maize nested association mapping population. This allowed us to identify natural variation controlling the levels of twelve key C and N metabolites, often with single gene resolution. In addition to expected genes like invertases, critical natural variation was identified in key C4 metabolism genes like carbonic anhydrases and a malate transporter. Unlike prior maize studies, extensive pleiotropy was found for C and N metabolites. This integration of field-derived metabolite data with powerful mapping and genomics resources allows dissection of key metabolic pathways, providing avenues for future genetic improvement.

Nucleosome occupancy plays an important role in chromatin compaction, affecting biological processes by hampering the binding of cis-acting elements such as transcription factors, RNA polymerase machinery, and coregulatory. Accessible regions allow for cis-acting elements to bind DNA and regulate transcription. Here, we detail our protocol to profile nucleosome occupancy and chromatin structure dynamics under drought stress at the genome-wide scale using micrococcal nuclease (MNase) digestion. Combining variable MNase concentration treatments and high-throughput sequencing, we investigate the changes in the overall chromatin state using bread wheat samples from an exemplary drought experiment.

Abstract The language of genetic code embodies a complex grammar and rich syntax of interacting molecular elements. Recent advances in self-supervision and feature learning suggest that statistical learning techniques can identify high-quality quantitative representations from inherent semantic structure. We present a gene-based language model that generates whole-genome vector representations from a population of 16 disease-causing bacterial species by leveraging natural contrastive characteristics between individuals. To achieve this, we developed a set-based learning objective, AB learning, that compares the annotated gene content of two population subsets for use in optimization. Using this foundational objective, we trained a Transformer model to backpropagate information into dense genome vector representations. The resulting bacterial representations, or embeddings, captured important population structure characteristics, like delineations across serotypes and host specificity preferences. Their vector quantities encoded the relevant functional information necessary to achieve state-of-the-art genomic supervised prediction accuracy in 11 out of 12 antibiotic resistance phenotypes. Teaser Deep transformers capture and encode gene language content to derive versatile latent embeddings of microbial genomes.