Abstract One major limitation of neutralizing antibody-based COVID-19 therapy is the requirement of costly cocktails to reduce antibody resistance. We engineered two bispecific antibodies (bsAbs) using distinct designs and compared them with parental antibodies and their cocktail. Single molecules of both bsAbs block the two epitopes targeted by parental antibodies on the receptor-binding domain (RBD). However, bsAb with the IgG-(scFv) 2 design (14-H-06) but not the CrossMAb design (14-crs-06) increases antigen-binding and virus-neutralizing activities and spectrum against multiple SARS-CoV-2 variants including the Omicron, than the cocktail. X-ray crystallography and computational simulations reveal distinct neutralizing mechanisms for individual cocktail antibodies and suggest higher inter-spike crosslinking potentials by 14-H-06 than 14-crs-06. In mouse models of infections by SARS-CoV-2 and the Beta, Gamma, and Delta variants, 14-H-06 exhibits higher or equivalent therapeutic efficacy than the cocktail. Rationally engineered bsAbs represent a cost-effective alternative to antibody cocktails and a promising strategy to improve potency and breadth.

ABSTRACT Human cytomegalovirus (HCMV) encodes for multiple surface glycoproteins and glycoprotein complexes 1, 2 . One of these complexes, the HCMV Pentamer (gH, gL, UL128, UL130 and UL131), mediates tropism to both epithelial and endothelial cells by interacting with the cell surface receptor neuropilin 2 (NRP2) 3, 4 . Despite the critical nature of this interaction, the molecular determinants that govern NRP2 recognition remain unclear. Here we describe the cryo-EM structure of NRP2 bound to the HCMV Pentamer. The high-affinity interaction between these proteins is calcium-dependent and differs from the canonical C-terminal arginine (CendR) binding that NRP2 typically utilizes 5, 6 . The interaction is primarily mediated by NRP2 domains a2 and b2, which interact with UL128 and UL131. We also determine the structures of four human-derived neutralizing antibodies in complex with the HCMV Pentamer to define susceptible epitopes. The two most potent antibodies recognize a novel epitope yet do not compete with NRP2 binding. Collectively, these findings provide a structural basis for HCMV tropism and antibody-mediated neutralization, and serve as a guide for the development of HCMV treatments and vaccines.

Abstract Hepatic platelet accumulation contributes to acetaminophen (APAP)-induced liver injury (AILI). However, little is known about the molecular pathways involved in platelet recruitment to the liver and whether targeting such pathways could attenuate AILI. The present study unveiled a critical role of chitinase 3-like-1 (Chi3l1) in hepatic platelet recruitment during AILI. Increased Chi3l1 and platelets in the liver were observed in patients and mice overdosed with APAP. Compared to wild-type (WT) mice, Chi3l1 -/- mice developed attenuated AILI with markedly reduced hepatic platelet accumulation. Mechanistic studies revealed that Chi3l1 signaled through CD44 on macrophages to induce podoplanin expression, which mediated platelet recruitment through C-type lectin-like receptor 2. Moreover, APAP treatment of CD44 -/- mice resulted in much lower numbers of hepatic platelets and liver injury than WT mice, a phenotype similar to that in Chi3l1 -/- mice. Recombinant Chi3l1 could restore hepatic platelet accumulation and AILI in Chi3l1 -/- mice, but not in CD44 -/- mice. Importantly, we generated anti-Chi3l1 monoclonal antibodies and demonstrated that they could effectively inhibit hepatic platelet accumulation and AILI. Overall, we uncovered the Chi3l1/CD44 axis as a critical pathway mediating APAP-induced hepatic platelet recruitment and tissue injury. We demonstrated the feasibility and potential of targeting Chi3l1 to treat AILI.

ABSTRACT Breast tumors generally consist of a diverse population of cells with varying gene expression profiles. Breast tumor heterogeneity is a major factor contributing to drug resistance, recurrence, and metastasis after chemotherapy. Antibody-drug conjugates (ADCs) are emerging chemotherapeutic agents with striking clinical success, including T-DM1 for HER2-positive breast cancer. However, these ADCs often suffer from issues associated with intratumor heterogeneity. Here, we show that homogeneous ADCs containing two distinct payloads are a promising drug class for addressing this clinical challenge. Our conjugates show HER2-specific cell killing potency, desirable pharmacokinetic profiles, minimal immunogenicity, and marginal toxicity at therapeutic doses. Notably, a dual-drug ADC exerts greater treatment effect and survival benefit than does co-administration of two single-drug variants in a xenograft mouse model representing intratumor HER2 heterogeneity and elevated drug resistance. Our findings highlight the therapeutic potential of the dual-drug ADC format for treating refractory breast cancer and perhaps other cancers.

Abstract Recently, we discovered a new glucogenic and centrally-acting orexigenic hormone – asprosin. Asprosin is elevated in metabolic syndrome (MS) patients, and importantly, its genetic loss results in reduced appetite, leanness and robust insulin sensitivity, leading to protection from MS. Here we demonstrate that anti-asprosin monoclonal antibodies (mAbs) are a dual-effect pharmacologic therapy that targets the two key pillars of MS – over-nutrition and the blood glucose burden. Anti-asprosin mAbs from three distinct species lowered appetite and body weight, and improved blood glucose in a dose-dependent and epitope-agnostic fashion in three independent MS mouse models, with an IC 50 of ∼1.5 mg/kg. In addition, mAb treatment ameliorated MS associated dyslipidemia and hepatic dysfunction. The mAbs displayed half-life of over 3 days in vivo, with equilibrium dissociation-constants in picomolar to low nanomolar range. This evidence paves the way for further development towards an investigational new drug application and subsequent human trials for treatment of MS, a defining physical ailment of our time.

Abstract The capacity of SARS-CoV-2 to evolve poses challenges to conventional prevention and treatment options such as vaccination and monoclonal antibodies, as they rely on viral receptor binding domain (RBD) sequences from previous strains. Additionally, animal CoVs, especially those of the SARS family, are now appreciated as a constant pandemic threat. We present here a new antiviral approach featuring inhalation delivery of a recombinant viral trap composed of ten copies of angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) fused to the IgM Fc. This ACE2 decamer viral trap is designed to inhibit SARS-CoV-2 entry function, regardless of viral RBD sequence variations as shown by its high neutralization potency against all known SARS-CoV-2 variants, including Omicron BQ.1, BQ.1.1, XBB.1 and XBB.1.5. In addition, it demonstrates potency against SARS-CoV-1, human NL63, as well as bat and pangolin CoVs. The multivalent trap is effective in both prophylactic and therapeutic settings since a single intranasal dosing confers protection in human ACE2 transgenic mice against viral challenges. Lastly, this molecule is stable at ambient temperature for more than twelve weeks and can sustain physical stress from aerosolization. These results demonstrate the potential of a decameric ACE2 viral trap as an inhalation solution for ACE2-dependent coronaviruses of current and future pandemic concerns.

Human cytomegalovirus (HCMV) is the most common congenital infection, and the leading nongenetic cause of sensorineural hearing loss (SNHL) in newborns globally. A gB subunit vaccine administered with adjuvent MF59 (gB/MF59) is the most efficacious tested to-date, achieving 50% efficacy in preventing infection of HCMV-seronegative mothers. We recently discovered that gB/MF59 vaccination elicited primarily non-neutralizing antibody responses, that HCMV strains acquired by vaccinees more often included strains with gB genotypes that are distinct from the vaccine antigen, and that protection against HCMV acquisition correlated with ability of vaccine-elicited antibodies to bind to membrane associated gB. Thus, we hypothesized that gB-specific non-neutralizing antibody binding breadth and function are dependent on their epitope and genotype specificity as well as their ability to interact with membrane-associated gB. Twenty-four gB-specific monoclonal antibodies (mAbs) isolated from naturally HCMV-infected individuals were mapped for gB domain specificity by binding antibody multiplex assay (BAMA) and for genotype preference binding to membrane-associated gB presented on transfected cells. We defined their non-neutralizing functions including antibody dependent cellular phagocytosis (ADCP) and antibody dependent cellular cytotoxicity (ADCC). The isolated gB-specific non-neutralizing mAbs were primarily specific for Domain II and linear antigenic domain 2 site 2 (AD2). We observed variability in mAb gB genotype binding preference, with increased binding to gB genotypes 2 and 4. Functional studies identified two gB-specific mAbs that facilitate ADCP and have binding specificities of AD2 and Domain II. This investigation provides novel understanding on the impact of gB domain specificity and antigenic variability on gB-specific non-neutralizing antibody responses.

SUMMARY Glioblastoma multiforme (GBM) is characterized by aggressive growth and the poorest prognosis of all brain tumor types. Most therapies rarely provide clinically meaningful improvements in outcomes of patients with GBM. Antibody-drug conjugates (ADCs) are emerging chemotherapeutics with stunning success in cancer management. Although promising, clinical studies of three ADCs for treating GBM, including Depatux-M, have been discontinued because of safety concerns and limited therapeutic benefits. Here, we report that ADC homogeneity is a critical parameter to maximize the therapeutic potential in GBM therapy. We demonstrate that homogeneous conjugates generated using our linker show enhanced drug delivery to intracranial brain tumors. Notably, compared to heterogeneous ADCs, including a Depatux-M analog, our ADCs provide greatly improved antitumor effects and survival benefits in orthotopic brain tumor models, including a patient-derived xenograft model of GBM. Our findings warrant the future development of homogeneous ADCs as promising molecular entities toward cures for intractable brain tumors.