Earlier work has shown that the transcription factor C/EBPα induced a transdifferentiation of committed lymphoid precursors into macrophages in a process requiring endogenous PU.1. Here we have examined the effects of PU.1 and C/EBPα on fibroblasts, a cell type distantly related to blood cells and akin to myoblasts, adipocytes, osteoblasts, and chondroblasts. The combination of the two factors, as well as PU.1 and C/EBPβ, induced the up-regulation of macrophage/hematopoietic cell surface markers in a large proportion of NIH 3T3 cells. They also up-regulated these markers in mouse embryo- and adult skin-derived fibroblasts. Based on cell morphology, activation of macrophage-associated genes, and extinction of fibroblast-associated genes, cell lines containing an attenuated form of PU.1 and C/EBPα acquired a macrophage-like phenotype. The lines also display macrophage functions: They phagocytose small particles and bacteria, mount a partial inflammatory response, and exhibit strict CSF-1 dependence for growth. The myeloid conversion is primarily induced by PU.1, with C/EBPα acting as a modulator of macrophage-specific gene expression. Our data suggest that it might become possible to induce the transdifferentiation of skin-derived fibroblasts into cell types desirable for tissue regeneration.

Abstract Nanobodies are emerging as critical tools for drug design. Several have been recently created to serve as inhibitors of SARS-Cov-2 entry in the host cell by targeting surface-exposed Spike protein. However, due to the high frequency of mutations that affect Spike, these nanobodies may not target it to their full potential and as a consequence, inhibition of viral entry may not be efficient. Here we have established a pipeline that instead targets highly conserved viral proteins that are made only after viral entry into the host cell when the SARS-Cov-2 RNA-based genome is translated. As proof of principle, we designed nanobodies against the SARS-CoV-2 non-structural protein Nsp9, required for viral genome replication. To find out if this strategy efficiently blocks viral replication, one of these anti-Nsp9 nanobodies, 2NSP23, previously characterized using immunoassays and NMR spectroscopy for epitope mapping, was encapsulated into lipid nanoparticles (LNP) as mRNA. We show that this nanobody, hereby referred to as LNP-mRNA- 2NSP23, is internalized and translated in HEK293 cells. We next infected HEK293-ACE2 cells with multiple SARS-CoV-2 variants and subjected them to LNP-mRNA-2NSP23 treatment. Analysis of total RNA isolated from infected cells treated or untreated with LNP-mRNA-2NSP23 using qPCR and RNA deep sequencing shows that the LNP-mRNA-2NSP23 nanobody protects HEK293-ACE2 cells and suppresses replication of several SARS-CoV-2 variants. These observations indicate that following translation, the nanobody 2NSP23 inhibits viral replication by targeting Nsp9 in living cells. We speculate that LNP-mRNA-2NSP23 may be translated into an innovative technology to generate novel antiviral drugs highly efficient across coronaviruses.

Nanobodies are emerging as critical tools for drug design. Several have been recently created to serve as inhibitors of severe acute respiratory syndrome coronavirus s (SARS-CoV-2) entry in the host cell by targeting surface-exposed spike protein. Here we have established a pipeline that instead targets highly conserved viral proteins made only after viral entry into the host cell when the SARS-CoV-2 RNA-based genome is translated. As proof of principle, we designed nanobodies against the SARS-CoV-2 non-structural protein (Nsp)9, which is required for viral genome replication. One of these anti-Nsp9 nanobodies, 2NSP23, previously characterized using immunoassays and nuclear magnetic resonance spectroscopy for epitope mapping, was expressed and found to block SARS-CoV-2 replication specifically. We next encapsulated 2NSP23 nanobody into lipid nanoparticles (LNPs) as mRNA. We show that this nanobody, hereby referred to as LNP-mRNA-2NSP23, is internalized and translated in cells and suppresses multiple SARS-CoV-2 variants, as seen by qPCR and RNA deep sequencing. These results are corroborated in three-dimensional reconstituted human epithelium kept at air-liquid interface to mimic the outer surface of lung tissue. These observations indicate that LNP-mRNA-2NSP23 is internalized and, after translation, it inhibits viral replication by targeting Nsp9 in living cells. We speculate that LNP-mRNA-2NSP23 may be translated into an innovative strategy to generate novel antiviral drugs highly efficient across coronaviruses.