SARS-CoV-2 Spike harbors glycans which function as ligands for lectins. Therefore, it should be possible to exploit lectins to target SARS-CoV-2 and inhibit cellular entry by binding glycans on the Spike protein. Burkholderia oklahomensis agglutinin (BOA) is an antiviral lectin that interacts with viral glycoproteins via N-linked high mannose glycans. Here, we show that BOA binds to the Spike protein and is a potent inhibitor of SARS-CoV-2 viral entry at nanomolar concentrations. Using a variety of biophysical tools, we demonstrate that the interaction is avidity driven and that BOA crosslinks the Spike protein into soluble aggregates. Furthermore, using virus neutralization assays, we demonstrate that BOA effectively inhibits all tested variants of concern as well as SARS-CoV 2003, establishing that glycan-targeting molecules have the potential to be pan-coronavirus inhibitors.

Abstract Reverse transcription of the retroviral single-stranded RNA into double-stranded DNA is an integral step during HIV-1 replication, and reverse transcriptase (RT) is a primary target for antiviral therapy. Despite a wealth of structural information on RT, we lack critical insight into the intermediate kinetic states of DNA synthesis. Using catalytically active substrates, and a novel blot/diffusion cryo-electron microscopy approach, we captured 11 structures that define the substrate binding, reactant, transition and product states of dATP addition by RT at 1.9 to 2.4 Å resolution in the active site. Initial dATP binding to RT-template/primer complex involves a single Mg 2+ (site B), and promotes partial closure of the active site pocket by a large conformational change in the β3-β4 loop in the Fingers domain, and formation of a negatively charged pocket where a second “drifting” Mg 2+ can bind (site A). During the transition state, the α-phosphate oxygen from a previously unobserved dATP conformer aligns with the site A Mg 2+ and the primer 3′-OH for nucleophilic attack. In the product state, we captured two substrate conformations in the active site: 1) dATP that had yet to be incorporated into the nascent DNA, and 2) an incorporated dAMP with the pyrophosphate leaving group coordinated by metal B and stabilized through H- bonds in the active site of RT. This study provides insights into a fundamental chemical reaction that impacts polymerase fidelity, nucleoside inhibitor drug design, and mechanisms of drug resistance.

Reverse transcription of the retroviral RNA genome into DNA is an integral step during HIV-1 replication. Despite a wealth of structural information on reverse transcriptase (RT), we lack insight into the intermediate states of DNA synthesis. Using catalytically active substrates, and a blot/diffusion cryo-electron microscopy approach, we capture 11 structures encompassing reactant, intermediate and product states of dATP addition by RT at 2.2 to 3.0 Å resolution. In the reactant state, dATP binding to RT-template/primer involves a single Mg2+ (site B) inducing formation of a negatively charged pocket where a second floating Mg2+ can bind (site A). During the intermediate state, the α-phosphate oxygen from a previously unobserved dATP conformer aligns with site A Mg2+ and the primer 3′-OH for nucleophilic attack. The product state, comprises two substrate conformations including an incorporated dAMP with the pyrophosphate leaving group coordinated by metal B and stabilized through H-bonds. Moreover, K220 mutants significantly impact the rate of dNTP incorporation by RT and HIV-1 replication capacity. This work sheds light into the dynamic components of a reaction that is central to HIV-1 replication. The intermediate states occurring during nucleotide addition by HIV-1 RT remain unclear. Here, authors use cryo-EM to capture five unique states that show how a mobile catalytic Mg2+ drives phosphodiester bond formation.