Newly emerged SARS-CoV-2 is the cause of an ongoing global pandemic leading to severe respiratory disease in humans. SARS-CoV-2 targets epithelial cells in the respiratory tract and lungs, which can lead to amplified chloride secretion and increased leak across epithelial barriers, contributing to severe pneumonia and consolidation of the lungs as seen in many COVID-19 patients. There is an urgent need for a better understanding of the molecular aspects that contribute to SARS-CoV-2 induced pathogenesis and for the development of approaches to mitigate these damaging pathologies. The multifunctional SARS-CoV-2 Envelope (E) protein contributes to virus assembly/egress, and as a membrane protein, also possesses viroporin channel properties that may contribute to epithelial barrier damage, pathogenesis, and disease severity. The extreme C-terminal (ECT) sequence of E also contains a putative PDZ-domain binding motif (PBM), similar to that identified in the E protein of SARS-CoV-1. Here, we screened an array of GST-PDZ domain fusion proteins using either a biotin-labeled WT or mutant ECT peptide from the SARS-CoV-2 E protein. Notably, we identified a singular specific interaction between the WT E peptide and the second PDZ domain of human Zona Occludens-1 (ZO1), one of the key regulators of TJ formation/integrity in all epithelial tissues. We used homogenous time resolve fluorescence (HTRF) as a second complementary approach to further validate this novel modular E-ZO1 interaction. We postulate that SARS-CoV-2 E interacts with ZO1 in infected epithelial cells, and this interaction may contribute, in part, to tight junction damage and epithelial barrier compromise in these cell layers leading to enhanced virus spread and severe respiratory dysfunction that leads to morbidity. Prophylactic/therapeutic intervention targeting this virus-host interaction may effectively reduce airway barrier damage and mitigate virus spread.

Abstract Antivirals are urgently needed to combat the global SARS-CoV-2/COVID-19 pandemic, supplement existing vaccine efforts, and target emerging SARS-CoV-2 variants of concern. Small molecules that interfere with binding of the viral spike receptor binding domain (RBD) to the host ACE2 receptor may be effective inhibitors of SARS-CoV-2 cell entry. Here we screened 512 pure compounds derived from natural products using a high-throughput RBD/ACE2 binding assay and identified (–)-hopeaphenol, a resveratrol tetramer, in addition to vatalbinoside A and vaticanol B, as potent and selective inhibitors of RBD/ACE2 binding and viral entry. For example, (–)-hopeaphenol disrupted RBD/ACE2 binding with a 50% inhibitory concentration (IC50) of 0.11 μM in contrast to an IC50 of 28.3 μM against the unrelated host ligand/receptor binding pair PD-1/PD-L1 (selectivity index = 257.3). When assessed against the USA-WA1/2020 variant, (–)-hopeaphenol also inhibited entry of a VSVΔG-GFP reporter pseudovirus expressing SARS-CoV-2 spike into ACE2-expressing Vero-E6 cells and in vitro replication of infectious virus in cytopathic effect assays (IC50 = 10.2 μM) without cytotoxicity. Notably, (–)- hopeaphenol also inhibited two emerging variants of concern originating from the United Kingdom (B.1.1.7) and South Africa (B.1.351) in both cytopathic effect and spike-containing pseudovirus assays with similar (B.1.1.7) or improved (B.1.351) efficacies over the USA- WA1/2020 variant. These results identify (–)-hopeaphenol and related stilbenoid analogues as potent and selective inhibitors of viral entry across multiple SARS-CoV-2 variants including those with increased infectivity and/or reduced susceptibility to existing vaccines. Importance SARS-CoV-2 antivirals are needed to supplement existing vaccine efforts and target emerging viral variants with increased infectivity or reduced susceptibility to existing vaccines. Here we show that (–)-hopeaphenol, a naturally-occurring stilbenoid compound, in addition to its analogues vatalbinoside A and vaticanol B, inhibit SARS-CoV-2 by blocking the interaction of the viral spike protein with the cellular ACE2 entry receptor. Importantly, in addition to inhibiting the early USA-WA1/2020 SARS-CoV-2 variant, hopeaphenol also inhibits emerging variants of concern including B.1.1.7 (“United Kingdom variant”) and B.1.351 (“South Africa variant”), with improved efficacy against B.1.351. (–)-Hopeaphenol therefore represents a new antiviral lead against infection from multiple SARS-CoV-2 variants.

Type I interferons (IFNs) play a pivotal role in immune response modulation, yet dysregulation is implicated in various disorders. Therefore, it is crucial to develop tools that facilitate the understanding of their mechanism of action and enable the development of more effective anti-IFN therapeutic strategies. In this study, we isolated, cloned, and characterized anti-IFN-α and anti-IFN-β antibodies (Abs) from peripheral blood mononuclear cells of individuals treated with IFN-α or IFN-β, harboring confirmed neutralizing Abs. Clones AH07856 and AH07857 were identified as neutralizing anti-IFN-α-specific with inhibition against IFN-α2a, -α2b, and -αK subtypes. Clones AH07859 and AH07866 were identified as neutralizing anti-IFN-β1a-specific signaling, and able to block Lipopolysaccharide or S100 calcium binding protein A14-induced IFN-β signaling effects. Cloned Abs bind rhesus but not murine IFNs. The specificity of inhibition between IFN-α and IFN-β suggests potential for diverse research and clinical applications.

Deubiquitylases (DUBs) play a pivotal role in cell signalling and are often regulated by homo- or hetero-interactions within protein complexes. The BRCC36 isopeptidase complex (BRISC) regulates inflammatory signalling by selectively cleaving K63-linked polyubiquitin chains on Type I interferon receptors (IFNAR1). BRCC36 is a Zn2+-dependent JAMM/MPN DUB, a challenging ubiquitin protease class for the design of selective inhibitors. We identified first-in-class DUB inhibitors that act as BRISC molecular glues (BLUEs). BLUEs inhibit DUB activity by stabilising a BRISC dimer consisting of 16 subunits. The BLUE-stabilised BRISC dimer is an autoinhibited conformation, whereby the active sites and interactions with the recruiting subunit SHMT2 are blocked. This unique mode of action leads to highly selective inhibitors for BRISC over related complexes with the same catalytic subunit, splice variants and other JAMM/MPN DUBs. Structure-guided inhibitor resistant mutants confirm BLUEs on-target activity in cells, and BLUE treatment results in reduced interferon-stimulated gene (ISG) expression in human peripheral blood mononuclear cells from Scleroderma patients, a disease linked with aberrant IFNAR1 activation. BLUEs represent a new class of molecules with potential utility in Type I interferon-mediated diseases and a template for designing selective inhibitors of large protein complexes by promoting protein-protein interactions instead of blocking them.

J-Lat cells are derivatives of the Jurkat CD4+ T cell line that contain a non-infectious, inducible HIV provirus with a GFP tag. While these cells have substantially advanced our understanding of HIV latency, their use by many laboratories in low and middle-income countries is restricted by limited access to flow cytometry. To overcome this barrier, we describe a modified J-Lat assay using a standard microplate reader that detects HIV-GFP expression following treatment with latency-reversing agents (LRAs). We show that HIV reactivation by control LRAs like prostratin and romidepsin is readily detected with dose dependence and with significant correlation and sensitivity to standard flow cytometry. For example, 10 micromol prostratin induced a 20.1 +/- 3.3-fold increase in GFP fluorescence in the microplate reader assay, which corresponded to 64.2 +/- 5.0% GFP-positive cells detected by flow cytometery. Similarly, 0.3 micromol prostratin induced a 1.7 +/- 1.2-fold increase compared to 8.7 +/- 5.7% GFP-positive cells detected. Using this method, we screen 79 epigenetic modifiers and identify molibresib, quisinostat, and CUDC-101 as novel LRAs. This microplate reader-based method offers accessibility to researchers in resource-limited regions to work with J-Lat cells and more actively participate in global HIV cure research efforts.

BAP1 is a ubiquitin hydrolase whose deubiquitinase activity is mediated by polycomb group-like protein ASXL2. Cancer-related mutations/deletions of BAP1 lead to loss-of-function either by directly targeting the catalytic (UCH) or ULD domains of BAP1, the latter disrupts binding to ASXL2, an obligate partner for BAP1 enzymatic activity. However, the biochemical and biophysical properties of the domains involved in forming the enzymatically active complex are unknown. Here we investigate the molecular dynamics, kinetics and stoichiometry of these interactions. We demonstrate that the BAP1 and ASXL2 domain/proteins or protein complexes produced in either bacteria or baculovirus are structurally and functionally active. The interaction between BAP1 and ASXL2 is direct, specific, and stable to in vitro biochemical and biophysical manipulations as detected by isothermal titration calorimetry, GST association, and optical biosensor assays. Association of the ASXL2-AB box greatly stimulates BAP1 deubiquitinase activity. A stable ternary complex can be formed comprised of the BAP1-UCH, BAP1-ULD, and ASXL2-AB domains. Binding of the BAP1-ULD domain to the ASXL2-AB box is rapid, with fast association and slow dissociation rates. Stoichiometric analysis revealed that one molecule of the ULD domain directly interacts with one molecule of the AB Box. Real-time kinetics analysis of ULD/AB protein complex to the UCH domain of BAP1, based on SPR, indicated that formation of the ULD/AB complex with the UCH domain is a single-step event with fast association and slow dissociation rates. These structural and dynamic parameters implicate the possibility for future small-molecule approaches to reactivate latent wild-type UCH activity in BAP-mutant malignancies.

Abstract Pancreatic cancer cells alter their metabolism to survive cancer-associated stress (1-4). For example, cancer cells must adapt to steep nutrient gradients that characterize the natural tumor microenvironment (TME) (5-7). In the absence of adaptive strategies, harsh metabolic conditions promote the generation of free radicals (8) and impair energy production in tumor cells. Towards this end, wild-type isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) activity is a metabolic requirement for cancer cells living in a harsh metabolic milieu. The cytosolic enzyme interconverts isocitrate and alpha-ketoglutarate, and uses NADP(H) as a cofactor. We show that under low nutrient conditions, the enzymatic reaction favors oxidative decarboxylation to yield NADPH and alpha-ketoglutarate. Metabolic studies showed that the IDH1 products directly support antioxidant defense and mitochondrial function in stressed cancer cells. Genetic IDH1 suppression reduced growth of pancreatic cancer cells in vitro under low nutrient conditions and in mouse models of pancreatic cancer. Surprisingly, allosteric inhibitors of mutant IDH1 proved to be potent wild-type IDH1 inhibitors under conditions specific to the TME, highlighting a natural therapeutic window. The presence of low magnesium enhanced allosteric inhibition by the drug, and ambient low glucose levels enhanced cancer cells’ dependence on wild-type IDH1. Thus, intrinsic TME conditions sensitized wild-type IDH1 to FDA-approved AG-120 (ivosidenib), and revealed the drug to be a potent single-agent therapeutic in cell culture and diverse in vivo cancer models. This work identified a potentially new repertoire of safe cancer therapies, including a clinically available compound, for the treatment of multiple wild-type IDH1 cancers (e.g., pancreatic).

Type I IFNs play a pivotal role in immune response modulation, yet dysregulation is implicated in various disorders. Therefore, it is crucial to develop tools that facilitate the understanding of their mechanism of action and enable the development of more effective anti-IFN therapeutic strategies. In this study, we isolated, cloned, and characterized anti-IFN-α and anti-IFN-β Abs from PBMCs of individuals treated with IFN-α or IFN-β, harboring confirmed neutralizing Abs. Clones AH07856 and AH07857 were identified as neutralizing anti-IFN-α-specific with inhibition against IFN-α2a, -α2b, and -αK subtypes. Clones AH07859 and AH07866 were identified as neutralizing anti-IFN-β1a-specific signaling and able to block lipopolysaccharide or S100 calcium-binding protein A14-induced IFN-β signaling effects. Cloned Abs bind rhesus but not murine IFNs. The specificity of inhibition between IFN-α and IFN-β suggests potential for diverse research and clinical applications.