Vaccines are urgently needed to control the ongoing pandemic COVID-19 and previously emerging MERS/SARS caused by coronavirus (CoV) infections. The CoV spike receptor-binding domain (RBD) is an attractive vaccine target but is undermined by limited immunogenicity. We describe a dimeric form of MERS-CoV RBD that overcomes this limitation. The RBD-dimer significantly increased neutralizing antibody (NAb) titers compared to conventional monomeric form and protected mice against MERS-CoV infection. Crystal structure showed RBD-dimer fully exposed dual receptor-binding motifs, the major target for NAbs. Structure-guided design further yielded a stable version of RBD-dimer as a tandem repeat single-chain (RBD-sc-dimer) which retained the vaccine potency. We generalized this strategy to design vaccines against COVID-19 and SARS, achieving 10- to 100-fold enhancement of NAb titers. RBD-sc-dimers in pilot scale production yielded high yields, supporting their scalability for further clinical development. The framework of immunogen design can be universally applied to other beta-CoV vaccines to counter emerging threats.

Abstract A safe, efficacious and deployable vaccine is urgently needed to control COVID-19 pandemic. We report here the preclinical development of a COVID-19 vaccine candidate, ZF2001, which contains tandem-repeat dimeric receptor-binding domain (RBD) protein with alum-based adjuvant. We assessed vaccine immunogenicity and efficacy in both mice and non-human primates (NHPs). ZF2001 induced high levels of RBD-binding and SARS-CoV-2 neutralizing antibody in both mice and NHPs, and also elicited balanced T H 1/T H 2 cellular responses in NHPs. Two doses of ZF2001 protected Ad-hACE2-transduced mice against SARS-CoV-2 infection, as detected by reduced viral RNA and relieved lung injuries. In NHPs, vaccination of either 25 μg or 50 μg ZF2001 prevented infection with SARS-CoV-2 in lung, trachea and bronchi, with milder lung lesions. No evidence of disease enhancement is observed in both models. ZF2001 is being evaluated in the ongoing international multi-center Phase 3 trials ( NCT04646590 ) and has been approved for emergency use in Uzbekistan.

Although genetic and epigenetic abnormalities in breast cancer have been extensively studied, it remains difficult to identify those patients who will respond to particular therapies. This is due in part to our lack of understanding of how the variability of cellular signaling affects drug sensitivity. Here, we used mass cytometry to characterize the single-cell signaling landscapes of 62 breast cancer cell lines and five lines from healthy tissue. We quantified 34 markers in each cell line upon stimulation by the growth factor EGF in the presence or absence of five kinase inhibitors. These data - on more than 80 million single cells from 4,000 conditions - were used to fit mechanistic signaling network models that provide unprecedented insights into the biological principles of how cancer cells process information. Our dynamic single-cell-based models more accurately predicted drug sensitivity than static bulk measurements for drugs targeting the PI3K-MTOR signaling pathway. Finally, we identified genomic features associated with drug sensitivity by using signaling phenotypes as proxies, including a missense mutation in DDIT3 predictive of PI3K-inhibition sensitivity. This provides proof of principle that single-cell measurements and modeling could inform matching of patients with appropriate treatments in the future.