Plasmacytoid dendritic cells are present in lymphoid and nonlymphoid tissue and contribute substantially to both innate and adaptive immunity. Recently, we have described several monoclonal antibodies that recognize a plasmacytoid dendritic cell-specific antigen, which we have termed BDCA-2. Molecular cloning of BDCA-2 revealed that BDCA-2 is a novel type II C-type lectin, which shows 50.7% sequence identity at the amino acid level to its putative murine ortholog, the murine dendritic cell-associated C-type lectin 2. Anti-BDCA-2 monoclonal antibodies are rapidly internalized and efficiently presented to T cells, indicating that BDCA-2 could play a role in ligand internalization and presentation. Furthermore, ligation of BDCA-2 potently suppresses induction of interferon alpha/beta production in plasmacytoid dendritic cells, presumably by a mechanism dependent on calcium mobilization and protein-tyrosine phosphorylation by src-family protein-tyrosine kinases. Inasmuch as production of interferon alpha/beta by plasmacytoid dendritic cells is considered to be a major pathophysiological factor in systemic lupus erythematosus, triggering of BDCA-2 should be evaluated as therapeutic strategy for blocking production of interferon alpha/beta in systemic lupus erythematosus patients.

We report severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike ΔH69/V70 in multiple independent lineages, often occurring after acquisition of receptor binding motif replacements such as N439K and Y453F, known to increase binding affinity to the ACE2 receptor and confer antibody escape. In vitro, we show that, although ΔH69/V70 itself is not an antibody evasion mechanism, it increases infectivity associated with enhanced incorporation of cleaved spike into virions. ΔH69/V70 is able to partially rescue infectivity of spike proteins that have acquired N439K and Y453F escape mutations by increased spike incorporation. In addition, replacement of the H69 and V70 residues in the Alpha variant B.1.1.7 spike (where ΔH69/V70 occurs naturally) impairs spike incorporation and entry efficiency of the B.1.1.7 spike pseudotyped virus. Alpha variant B.1.1.7 spike mediates faster kinetics of cell-cell fusion than wild-type Wuhan-1 D614G, dependent on ΔH69/V70. Therefore, as ΔH69/V70 compensates for immune escape mutations that impair infectivity, continued surveillance for deletions with functional effects is warranted.

Drug delivery by nanocarriers (NCs) has long been stymied by dominant liver uptake and limited target organ deposition, even when NCs are targeted using affinity moieties. Here we report a universal solution: red blood cell (RBC)-hitchhiking (RH), in which NCs adsorbed onto the RBCs transfer from RBCs to the first organ downstream of the intravascular injection. RH improves delivery for a wide range of NCs and even viral vectors. For example, RH injected intravenously increases liposome uptake in the first downstream organ, lungs, by ~40-fold compared with free NCs. Intra-carotid artery injection of RH NCs delivers >10% of the injected NC dose to the brain, ~10× higher than that achieved with affinity moieties. Further, RH works in mice, pigs, and ex vivo human lungs without causing RBC or end-organ toxicities. Thus, RH is a clinically translatable platform technology poised to augment drug delivery in acute lung disease, stroke, and several other diseases.

The surface protein composition of extracellular vesicles (EVs) is related to the originating cell and may play a role in vesicle function. Knowledge of the protein content of individual EVs is still limited because of the technical challenges to analyse small vesicles. Here, we introduce a novel multiplex bead-based platform to investigate up to 39 different surface markers in one sample. The combination of capture antibody beads with fluorescently labelled detection antibodies allows the analysis of EVs that carry surface markers recognized by both antibodies. This new method enables an easy screening of surface markers on populations of EVs. By combining different capture and detection antibodies, additional information on relative expression levels and potential vesicle subpopulations is gained. We also established a protocol to visualize individual EVs by stimulated emission depletion (STED) microscopy. Thereby, markers on single EVs can be detected by fluorophore-conjugated antibodies. We used the multiplex platform and STED microscopy to show for the first time that NK cell-derived EVs and platelet-derived EVs are devoid of CD9 or CD81, respectively, and that EVs isolated from activated B cells comprise different EV subpopulations. We speculate that, according to our STED data, tetraspanins might not be homogenously distributed but may mostly appear as clusters on EV subpopulations. Finally, we demonstrate that EV mixtures can be separated by magnetic beads and analysed subsequently with the multiplex platform. Both the multiplex bead-based platform and STED microscopy revealed subpopulations of EVs that have been indistinguishable by most analysis tools used so far. We expect that an in-depth view on EV heterogeneity will contribute to our understanding of different EVs and functions.

Monitoring the spread of SARS-CoV-2 and reconstructing transmission chains has become a major public health focus for many governments around the world. The modest mutation rate and rapid transmission of SARS-CoV-2 prevents the reconstruction of transmission chains from consensus genome sequences, but within-host genetic diversity could theoretically help identify close contacts. Here we describe the patterns of within-host diversity in 1,181 SARS-CoV-2 samples sequenced to high depth in duplicate. 95% of samples show within-host mutations at detectable allele frequencies. Analyses of the mutational spectra revealed strong strand asymmetries suggestive of damage or RNA editing of the plus strand, rather than replication errors, dominating the accumulation of mutations during the SARS-CoV-2 pandemic. Within and between host diversity show strong purifying selection, particularly against nonsense mutations. Recurrent within-host mutations, many of which coincide with known phylogenetic homoplasies, display a spectrum and patterns of purifying selection more suggestive of mutational hotspots than recombination or convergent evolution. While allele frequencies suggest that most samples result from infection by a single lineage, we identify multiple putative examples of co-infection. Integrating these results into an epidemiological inference framework, we find that while sharing of within-host variants between samples could help the reconstruction of transmission chains, mutational hotspots and rare cases of superinfection can confound these analyses.

Abstract Acute lung inflammation has severe morbidity, as seen in COVID-19 patients. Lung inflammation is accompanied or led by massive accumulation of neutrophils in pulmonary capillaries (“margination”). We sought to identify nanostructural properties that predispose nanoparticles to accumulate in pulmonary marginated neutrophils, and therefore to target severely inflamed lungs. We designed a library of nanoparticles and conducted an in vivo screen of biodistributions in naive mice and mice treated with lipopolysaccharides. We found that supramolecular organization of protein in nanoparticles predicts uptake in inflamed lungs. Specifically, nanoparticles with agglutinated protein (NAPs) efficiently home to pulmonary neutrophils, while protein nanoparticles with symmetric structure ( e.g. viral capsids) are ignored by pulmonary neutrophils. We validated this finding by engineering protein-conjugated liposomes that recapitulate NAP targeting to neutrophils in inflamed lungs. We show that NAPs can diagnose acute lung injury in SPECT imaging and that NAP-like liposomes can mitigate neutrophil extravasation and pulmonary edema arising in lung inflammation. Finally, we demonstrate that ischemic ex vivo human lungs selectively take up NAPs, illustrating translational potential. This work demonstrates that structure-dependent interactions with neutrophils can dramatically alter the biodistribution of nanoparticles, and NAPs have significant potential in detecting and treating respiratory conditions arising from injury or infections.

Abstract Carbohydrate markers of immature cells during prenatal human development can be aberrantly expressed in cancers and deserve evaluation as immune targets. A candidate target in Ewing sarcoma is the globo-series ganglioside stage-specific embryonic antigen-4 (SSEA-4). We detected SSEA-4 expression on the cell surface of all of 14 EwS cell lines and in 21 of 31 (68%) primary EwS tumor biopsies. Among paired subpopulations of tumor cells with low versus high SSEA-4 expression, SSEA-4 high expression was significantly and consistently associated with functional characteristics of tumor aggressiveness, including higher cell proliferation, colony formation, chemoresistance and propensity to migrate. SSEA-4 low versus SSEA-4 high expression was not related to expression levels of the EWSR1-FLI1 fusion transcript or markers of epithelial/mesenchymal plasticity. SSEA-4 low cells selected from bulk populations regained higher SSEA-4 expression in vitro and during in vivo tumor growth in a murine xenograft model. T cells engineered to express SSEA-4-specific chimeric antigen receptors (CARs) specifically interacted with SSEA-4 positive EwS cells and exerted effective antigen-specific tumor cell lysis in vitro. In conclusion, with its stable expression and functional significance in EwS, SSEA-4 is an attractive therapeutic immune target in this cancer that deserves further evaluation for clinical translation.