Abstract New SARS-CoV-2 variants are continuously emerging with critical implications for therapies or vaccinations. All 22 N-glycan sites of SARS-CoV-2 Spike remain highly conserved among the variants B.1.1.7, 501Y.V2 and P.1, opening an avenue for robust therapeutic intervention. Here we used a comprehensive library of mammalian carbohydrate-binding proteins (lectins) to probe critical sugar residues on the full-length trimeric Spike and the receptor binding domain (RBD) of SARS-CoV-2. Two lectins, Clec4g and CD209c, were identified to strongly bind to Spike. Clec4g and CD209c binding to Spike was dissected and visualized in real time and at single molecule resolution using atomic force microscopy. 3D modelling showed that both lectins can bind to a glycan within the RBD-ACE2 interface and thus interferes with Spike binding to cell surfaces. Importantly, Clec4g and CD209c significantly reduced SARS-CoV-2 infections. These data report the first extensive map and 3D structural modelling of lectin-Spike interactions and uncovers candidate receptors involved in Spike binding and SARS-CoV-2 infections. The capacity of CLEC4G and mCD209c lectins to block SARS-CoV-2 viral entry holds promise for pan-variant therapeutic interventions.

Abstract The recent emergence of the SARS-CoV-2 variant Omicron has caused considerable concern due to reduced vaccine efficacy and escape from neutralizing antibody therapeutics. Omicron is spreading rapidly around the globe and is suspected to account for most new COVID-19 cases in several countries, though the severity of Omicron-mediated disease is still under debate. It is therefore paramount to identify therapeutic strategies that inhibit the Omicron SARS-CoV-2 variant. Here we report using 3D structural modelling that Spike of Omicron can still associate with human ACE2. Sera collected after the second mRNA-vaccination did not exhibit a protective effect against Omicron while strongly neutralizing infection of VeroE6 cells with the reference Wuhan strain, confirming recent data by other groups on limited vaccine and convalescent sera neutralization efficacy against Omicron. Importantly, clinical grade recombinant human soluble ACE2, a drug candidate currently in clinical development, potently neutralized Omicron infection of VeroE6 cells with markedly enhanced potency when compared to reference SARS-CoV-2 isolates. These data show that SARS-CoV-2 variant Omicron can be readily inhibited by soluble ACE2, providing proof of principle of a viable and effective therapeutic approach against Omicron infections.

ABSTRACT The brain extracellular matrix (ECM) is enriched in chondroitin sulphate proteoglycans (CSPGs) with variable sulphate modifications that intimately participate in brain maturation and function. Very little is known about how the changing biophysical properties of the CSPGs are signalled to neurons. Here, we report Fibrinogen C Domain Containing 1 (FIBCD1), a known chitin-binding receptor of the innate immune system, to be highly expressed in the hippocampus and to specifically bind CSPGs containing 4-O sulphate modification (CS-4S). Cultured Fibcd1 knockout (KO) neurons lack phenotypic and transcriptomic responses to CSPG stimulation. Further, Fibcd1 KO mice exhibit accumulation of CS-4S, likely resulting in deficits of hippocampal-dependent learning tasks and abrogated synaptic remodelling, a phenotype rescued by enzymatic digestion of CSPGs. Likewise, neuronal specific knockdown of a Fibcd1 orthologue in flies results in neuronal morphological changes at the neuromuscular junctions and behavioural defects. Finally, we report two undiagnosed patients with a complex neurodevelopmental disorder with deleterious variants in FIBCD1, strongly implicating FIBCD1 in the development of the disease. Taken together, our results demonstrate that FIBCD1 is a novel, evolutionarily conserved component of ECM sulphation recognition that is crucial for neuronal development and function.

Summary N-glycosylation is one of the most common protein modifications in eukaryotes, with immense importance at the molecular, cellular, and organismal level. Accurate and reliable N-glycan analysis is essential to obtain a systems-wide understanding of fundamental biological processes. Due to the structural complexity of glycans, their analysis is still highly challenging. Here we make publicly available a consistent N-glycome dataset of 20 different mouse tissues and demonstrate a multimodal data analysis workflow that allows for unprecedented depth and coverage of N-glycome features. This highly scalable, LC-MS/MS data-driven method integrates the automated identification of N-glycan spectra, the application of non-targeted N-glycome profiling strategies and the isomer-sensitive analysis of glycan structures. Our delineation of critical sub-structural determinants and glycan isomers across the mouse N-glycome uncovered tissue-specific glycosylation patterns, the expression of non-canonical N-glycan structures and highlights multiple layers of N-glycome complexity that derive from organ-specific regulations of glycobiological pathways.

Abstract C-type lectins are a large family of proteins with essential functions in both health and disease. In cancer, some C-type lectins have been found to both promote and inhibit tumor growth, but many of the C-type lectins still remain uncharacterised in a tumor context. Therefore, there is growing interst in further elucidating the mechanisms with which C-type lectins control tumor growth. Here, we report a key role of the CLEC18 family of C-type lectins in the progression of clear cell renal cell carcinoma (ccRCC). The CLEC18 family is conserved across the entire Chordata phylum with recent gene duplication events in humans. We found that CLEC18A is exclusively expressed in the proximal tubule of the kidney and the medial habenula of the brain. We further identified sulfonated glycosaminoglycans (GAGs) of proteoglycans as the main CLEC18A ligand, making them unique among C-type lectins. In ccRCC patients, high expression of the CLEC18 family lectins in the tumor are associated with improved survival. In mouse models of ccRCC, deletion of the mouse ortholog Clec18a resulted in enhanced tumor growth. Our results establishes CLEC18A as a novel and critical regulators of ccRCC tumor growth and highlights the potential benefit of modulating CLEC18 expression in the renal tumor microenvironment.

Abstract Clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) is the kidney malignancy with the highest incidence and mortality rates. Despite the high patient burden, there are no biomarkers for rapid diagnosis and public health surveillance. Urine would be an ideal source of ccRCC biomarkers due to the low invasiveness, easy accessibility, and the kidney’s intrinsic role in filtering urine. In the present work, by combining proteomics, lipidomics and metabolomics, we detected urogenital metabolic dysregulation in ccRCC patients with increased lipid metabolism, altered mitochondrial respiration signatures and increased urinary lipid content. Importantly, we identify three early-stage diagnostic biomarkers for ccRCC in urine samples: Serum amyloid A1 (SAA1), Haptoglobin (HP) and Lipocalin 15 (LCN15). We further implemented a parallel reaction monitoring mass spectrometry protocol for rapid and sensitive detection of SAA1, HP and LCN15 and combined all three proteins into a prognostic UrineScore. In our discovery cohort, this score had a performance accuracy of 96% in receiver operating characteristic curve (ROC) analysis for classification of ccRCC versus control cases. Our data identifies tractable and highly efficacious urinary biomarkers for ccRCC diagnosis and serve as a first step towards the development of more rapid and accessible urinary diagnostic platforms.

Abstract Immunotherapies have revolutionized treatment and management of cancers. However, the use of immune checkpoint inhibitors (ICIs) in breast cancer is limited due to lack of efficacy. Sialylation, the modification of glycans with sialic acid, is frequently upregulated in various cancer types and has potent immunoregulatory properties. However, its specific role in breast cancer immune evasion has remained largely elusive. Here, we show that breast cancer sialylation drives the recruitment of polymorphonuclear myeloid-derived suppressor cells to the tumor microenvironment and impedes tumor control by CD8+ T cells. Abrogation of tumor sialylation, either genetically or pharmacologically, facilitated CD8-mediated tumor control and recruitment of Tcf7+ memory T cells. Significantly, abrogation of sialylation sensitized PD-1-resistant breast tumors to immunotherapy. Sialylation interference was well-tolerated in mammary development and function. We further demonstrate that hyper-sialylation occurs in over half of human breast cancers tested and correlates with poor T cell infiltration. Our results establish sialylation as a central immunoregulator in breast cancer, orchestrating multiple pathways of immune evasion. Targeting this pathway converts immunologically inert tumors into mammary cancers that can be efficiently eliminated by immune checkpoint inhibitors.