Certain inflammatory stimuli render cultured human vascular endothelial cells hyperadhesive for neutrophils. This state is transient and reversible, in part because activated endothelial cells secrete a leukocyte adhesion inhibitor (LAI). LAI was identified as endothelial interleukin-8 (IL-8), the predominant species of which is an extended amino-terminal IL-8 variant. At nanomolar concentrations, purified endothelial IL-8 and recombinant human IL-8 inhibit neutrophil adhesion to cytokine-activated endothelial monolayers and protect these monolayers from neutrophil-mediated damage. These findings suggest that endothelial-derived IL-8 may function to attenuate inflammatory events at the interface between vessel wall and blood.

Summary Nucleocapsid protein (N) is the most abundant viral protein encoded by SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19. N plays key roles at different steps in the replication cycle and is used as a serological marker of infection. Here we characterize the biochemical properties of SARS-CoV-2 N. We define the N domains important for oligomerization and RNA binding that are associated with spherical droplet formation and suggest that N accessibility and assembly may be regulated by phosphorylation. We also map the RNA binding interface using hydrogen-deuterium exchange mass spectrometry. Finally, we find that the N protein C-terminal domain is the most immunogenic by sensitivity, based upon antibody binding to COVID-19 patient samples from the US and Hong Kong. Together, these findings uncover domain-specific insights into the significance of SARS-CoV-2 N and highlight the diagnostic value of using N domains as highly specific and sensitive markers of COVID-19.

SUMMARY Neutralizing antibodies (nAbs) hold promise as effective therapeutics against COVID-19. Here, we describe protein engineering and modular design principles that have led to the development of synthetic bivalent and tetravalent nAbs against SARS-CoV-2. The best nAb targets the host receptor binding site of the viral S-protein and its tetravalent versions can block entry with a potency that exceeds the bivalent nAbs by an order of magnitude. Structural studies show that both the bivalent and tetravalent nAbs can make multivalent interactions with a single S-protein trimer, observations consistent with the avidity and potency of these molecules. Significantly, we show that the tetravalent nAbs show much increased tolerance to potential virus escape mutants. Bivalent and tetravalent nAbs can be produced at large-scale and are as stable and specific as approved antibody drugs. Our results provide a general framework for developing potent antiviral therapies against COVID-19 and related viral threats, and our strategy can be readily applied to any antibody drug currently in development.

Abstract The SARS-CoV-2 spike protein (S) is the sole viral protein responsible for both viral binding to a host cell and the membrane fusion event needed for cell entry. In addition to facilitating fusion needed for viral entry, S can also drive cell-cell fusion, a pathogenic effect observed in the lungs of SARS-CoV-2 infected patients. While several studies have investigated S requirements involved in viral particle entry, examination of S stability and factors involved in S cell-cell fusion remain limited. We demonstrate that S must be processed at the S1/S2 border in order to mediate cell-cell fusion, and that mutations at potential cleavage sites within the S2 subunit alter S processing at the S1/S2 border, thus preventing cell-cell fusion. We also identify residues within the internal fusion peptide and the cytoplasmic tail that modulate S cell-cell fusion. Additionally, we examine S stability and protein cleavage kinetics in a variety of mammalian cell lines, including a bat cell line related to the likely reservoir species for SARS-CoV-2, and provide evidence that proteolytic processing alters the stability of the S trimer. This work therefore offers insight into S stability, proteolytic processing, and factors that mediate S cell-cell fusion, all of which help give a more comprehensive understanding of this highly sought-after therapeutic target.

Abstract The Ebola virus VP30 protein interacts with the viral nucleoprotein and with host protein RBBP6 via PPxPxY motifs. In these interactions the largely alpha-helical carboxy-terminal domain of the EBOV VP30 engages with the motif such that the prolines adopt non-canonical orientations, as compared to other proline-rich motifs. Affinity tag-purification mass spectrometry identified additional PPxPxY-containing host proteins, including hnRNP L, hnRNPUL1 and PEG10, as VP30 interactors. Of these, hnRNP L and PEG10, like RBBP6, inhibit viral RNA synthesis and EBOV replication, whereas hnRNPUL1 enhances. Further, double knockdown studies support additive effects of RBBP6 and hnRNP L. Binding studies demonstrate variable capacity of PPxPxY motifs to bind VP30 and the extended motif PxPPPPxY is demonstrated to confer optimal binding and to inhibit RNA synthesis, with the fifth proline and the tyrosine being most critical. Competition binding and hydrogen-deuterium exchange studies demonstrate that each protein binds a similar interface on VP30 and impacts VP30 phosphorylation. VP30 therefore represents a novel proline recognition domain that allows multiple host proteins to target a single viral protein-protein interface to modulate viral transcription.

Abstract Ebola virus (EBOV) is a high-consequence filovirus that gives rise to frequent epidemics with high case fatality rates and few therapeutic options. Here, we applied image-based screening of a genome-wide CRISPR library to systematically identify host cell regulators of Ebola virus infection in 39,085,093 million single cells. Measuring viral RNA and protein levels together with their localization in cells identified over 998 related host factors and provided detailed information about the role of each gene across the virus replication cycle. We trained a deep learning model on single-cell images to associate each host factor with predicted replication steps, and confirmed the predicted relationship for select host factors. Among the findings, we showed that the mitochondrial complex III subunit UQCRB is a post-entry regulator of Ebola virus RNA replication, and demonstrated that UQCRB inhibition with a small molecule reduced overall Ebola virus infection with an IC50 of 5 μM. Using a random forest model, we also identified perturbations that reduced infection by disrupting the equilibrium between viral RNA and protein. One such protein, STRAP, is a spliceosome-associated factor that was found to be closely associated with VP35, a viral protein required for RNA processing. Loss of STRAP expression resulted in a reduction in full-length viral genome production and subsequent production of non-infectious virus particles. Overall, the data produced in this genome-wide high-content single-cell screen and secondary screens in additional cell lines and related filoviruses (MARV and SUDV) revealed new insights about the role of host factors in virus replication and potential new targets for therapeutic intervention.

Abstract Oropouche orthobunyavirus (OROV; Peribunyaviridae ) is a mosquito-transmitted virus that causes widespread cases of human febrile illness in South America, with occasional progression to neurologic effects. Host entry factors mediating cellular entry of OROV are undefined. Here, we show that OROV requires the host protein low density lipoprotein-related protein 1 (Lrp1) for cellular infection. Cells from evolutionarily distinct species lacking Lrp1 were less permissive to OROV infection than cells with Lrp1. Treatment of cells with either the high-affinity Lrp1 ligand receptor-associated protein (RAP) or recombinant ectodomain truncations of Lrp1 significantly reduced OROV infection. Thus, Lrp1 is an important host factor required for infection of cells by OROV. Taken together with our results showing that Lrp1 is a newly identified receptor for Rift Valley fever virus (RVFV), Lrp1 may play a broader role in cellular infection by bunyaviruses than previously appreciated.

Abstract Replication of Ebola virus (EBOV) is dependent upon actin functionality, especially at cell entry through macropinocytosis and at release of virus from cells. Previously, major actin-regulatory factors such as Rac1 and ARP2/3, involved in actin nucleation were shown important in both steps. However, downstream of nucleation, many other cell factors, are needed to control actin dynamics. How these regulate EBOV infection remains largely unknown. Here, we identified the actin-regulating protein, CAPG, as important for EBOV replication. Notably, knockdown (KD) of CAPG specifically inhibited viral infectivity and yield of infectious particles. Mechanistic analysis revealed a requirement of CAPG for virus production from infected cells. Proximity ligation and split GFP reconstitution assays revealed strong association of CAPG with VP40 that was mediated through the S1 domain of CAPG. Overall, CAPG is a novel host factor regulating EBOV infection through connecting actin filament stabilization to viral egress from cells.