Abstract Neutralizing antibodies (Abs) have been considered as promising therapeutics for the prevention and treatment of pathogens. After the outbreak of COVID-19, potent neutralizing Abs to SARS-CoV-2 were promptly developed, and a few of those neutralizing Abs are being tested in clinical studies. However, there were few methodologies detailly reported on how to rapidly and efficiently generate neutralizing Abs of interest. Here, we present a strategically optimized method for precisive screening of neutralizing monoclonal antibodies (mAbs), which enabled us to identify SARS-CoV-2 receptor-binding domain (RBD) specific Abs within 4 days, followed by another 2 days for neutralization activity evaluation. By applying the screening system, we obtained 198 Abs against the RBD of SARS-CoV-2. Excitingly, we found that approximately 50% (96/198) of them were candidate neutralizing Abs in a preliminary screening of SARS-CoV-2 pseudovirus and 20 of these 96 neutralizing Abs were confirmed with high potency. Furthermore, 2 mAbs with the highest neutralizing potency were identified to block authentic SARS-CoV-2 with the half-maximal inhibitory concentration (IC50) at concentrations of 9.88 ng/ml and 11.13 ng/ml. In this report, we demonstrated that the optimized neutralizing Abs screening system is useful for the rapid and efficient discovery of potent neutralizing Abs against SARS-CoV-2. Our study provides a methodology for the generation of preventive and therapeutic antibody drugs for emerging infectious diseases.

We present a novel small molecule antiviral chemotype that was identified by an unconventional cell-free protein synthesis and assembly-based phenotypic screen for modulation of viral capsid assembly. Activity of PAV-431, a representative compound from the series, has been validated against infectious virus in multiple cell culture models for all six families of viruses causing most respiratory disease in humans. In animals this chemotype has been demonstrated efficacious for Porcine Epidemic Diarrhea Virus (a coronavirus) and Respiratory Syncytial Virus (a paramyxovirus). PAV-431 is shown to bind to the protein 14-3-3, a known allosteric modulator. However, it only appears to target the small subset of 14-3-3 which is present in a dynamic multi-protein complex whose components include proteins implicated in viral lifecycles and in innate immunity. The composition of this target multi-protein complex appears to be modified upon viral infection and largely restored by PAV-431 treatment. Our findings suggest a new paradigm for understanding, and drugging, the host-virus interface, which leads to a new clinical therapeutic strategy for treatment of respiratory viral disease.

Abstract The spread of SARS-CoV-2 confers a serious threat to the public health without effective intervention strategies 1–3 . Its variant carrying mutated Spike (S) protein D614G (S D614G ) has become the most prevalent form in the current global pandemic 4,5 . We have identified a large panel of potential neutralizing antibodies (NAbs) targeting the receptor-binding domain (RBD) of SARS-CoV-2 S 6 . Here, we focused on the top 20 potential NAbs for the mechanism study. Of them, the top 4 NAbs could individually neutralize both authentic SARS-CoV-2 and S D614G pseudovirus efficiently. Our epitope mapping revealed that 16/20 potent NAbs overlapped the same steric epitope. Excitingly, we found that one of these potent NAbs (58G6) exclusively bound to a linear epitope on S-RBD (termed as 58G6e), and the interaction of 58G6e and the recombinant ACE2 could be blocked by 58G6. We confirmed that 58G6e represented a key site of vulnerability on S-RBD and it could positively react with COVID-19 convalescent patients’ plasma. We are the first, as far as we know, to provide direct evidences of a linear epitope that can be recognized by a potent NAb against SARS-CoV-2 S-RBD. This study paves the way for the applications of these NAbs and the potential safe and effective vaccine design.

The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) pandemic has caused a global economic and health crisis. Recently, plasma levels of galectin-9 (Gal-9), a β-galactoside-binding lectin involved in immune regulation and viral immunopathogenesis, were reported to be elevated in the setting of severe COVID-19 disease. However, the impact of Gal-9 on SARS-CoV-2 infection and immunopathology remained to be elucidated. Here, we demonstrate that Gal-9 treatment potently enhances SARS-CoV-2 replication in human airway epithelial cells (AECs), including primary AECs in air-liquid interface (ALI) culture. Gal-9-glycan interactions promote SARS-CoV-2 attachment and entry into AECs in an ACE2-dependent manner, enhancing the binding affinity of the viral spike protein to ACE2. Transcriptomic analysis revealed that Gal-9 and SARS-CoV-2 infection synergistically induce the expression of key pro-inflammatory programs in AECs including the IL-6, IL-8, IL-17, EIF2, and TNFα signaling pathways. Our findings suggest that manipulation of Gal-9 should be explored as a therapeutic strategy for SARS-CoV-2 infection.COVID-19 continues to have a major global health and economic impact. Identifying host molecular determinants that modulate SARS-CoV-2 infectivity and pathology is a key step in discovering novel therapeutic approaches for COVID-19. Several recent studies have revealed that plasma concentrations of the human β-galactoside-binding protein galectin-9 (Gal-9) are highly elevated in COVID-19 patients. In this study, we investigated the impact of Gal-9 on SARS-CoV-2 pathogenesis ex vivo in airway epithelial cells (AECs), the critical initial targets of SARS-CoV-2 infection. Our findings reveal that Gal-9 potently enhances SARS-CoV-2 replication in AECs, interacting with glycans to enhance the binding between viral particles and entry receptors on the target cell surface. Moreover, we determined that Gal-9 accelerates and exacerbates several virus-induced pro-inflammatory programs in AECs that are established signature characteristics of COVID-19 disease and SARS-CoV-2-induced acute respiratory distress syndrome (ARDS). Our findings suggest that Gal-9 is a promising pharmacological target for COVID-19 therapies.

We present a novel small molecule antiviral chemotype that was identified by an unconventional cell-free protein synthesis and assembly-based phenotypic screen for modulation of viral capsid assembly. Activity of PAV-431, a representative compound from the series, has been validated against infectious viruses in multiple cell culture models for all six families of viruses causing most respiratory diseases in humans. In animals, this chemotype has been demonstrated efficacious for porcine epidemic diarrhoea virus (a coronavirus) and respiratory syncytial virus (a paramyxovirus). PAV-431 is shown to bind to the protein 14-3-3, a known allosteric modulator. However, it only appears to target the small subset of 14-3-3 which is present in a dynamic multi-protein complex whose components include proteins implicated in viral life cycles and in innate immunity. The composition of this target multi-protein complex appears to be modified upon viral infection and largely restored by PAV-431 treatment. An advanced analog, PAV-104, is shown to be selective for the virally modified target, thereby avoiding host toxicity. Our findings suggest a new paradigm for understanding, and drugging, the host–virus interface, which leads to a new clinical therapeutic strategy for treatment of respiratory viral disease.