NL63 coronavirus (NL63-CoV), a prevalent human respiratory virus, is the only group I coronavirus known to use angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) as its receptor. Incidentally, ACE2 is also used by group II SARS coronavirus (SARS-CoV). We investigated how different groups of coronaviruses recognize the same receptor, whereas homologous group I coronaviruses recognize different receptors. We determined the crystal structure of NL63-CoV spike protein receptor-binding domain (RBD) complexed with human ACE2. NL63-CoV RBD has a novel β-sandwich core structure consisting of 2 layers of β-sheets, presenting 3 discontinuous receptor-binding motifs (RBMs) to bind ACE2. NL63-CoV and SARS-CoV have no structural homology in RBD cores or RBMs; yet the 2 viruses recognize common ACE2 regions, largely because of a “virus-binding hotspot” on ACE2. Among group I coronaviruses, RBD cores are conserved but RBMs are variable, explaining how these viruses recognize different receptors. These results provide a structural basis for understanding viral evolution and virus–receptor interactions.

ABSTRACT Porcine epidemic diarrhea coronavirus (PEDV) has significantly damaged America's pork industry. Here we investigate the receptor usage and cell entry of PEDV. PEDV recognizes protein receptor aminopeptidase N from pig and human and sugar coreceptor N -acetylneuraminic acid. Moreover, PEDV infects cells from pig, human, monkey, and bat. These results support the idea of bats as an evolutionary origin for PEDV, implicate PEDV as a potential threat to other species, and suggest antiviral strategies to control its spread.

Abstract Coronaviruses that infect humans belong to the Alpha-coronavirus (including HCoV-229E) and Beta-coronavirus (including SARS-CoV and SARS-CoV-2) genera. In particular, SARS-CoV-2 is currently a major threat to public health worldwide. However, no commercial vaccines against the coronaviruses that can infect humans are available. The spike (S) homotrimers bind to their receptors through the receptor-binding domain (RBD), which is believed to be a major target to block viral entry. In this study, we selected Alpha-coronavirus (HCoV-229E) and Beta-coronavirus (SARS-CoV and SARS-CoV-2) as models. Their RBDs were observed to adopt two different conformational states (lying or standing). Then, structural and immunological analyses were used to explore differences in the immune response with RBDs among these coronaviruses. Our results showed that more RBD-specific antibodies were induced by the S trimer with the RBD in the “standing” state (SARS-CoV and SARS-CoV-2) than the S trimer with the RBD in the “lying” state (HCoV-229E), and the affinity between the RBD-specific antibodies and S trimer was also higher in the SARS-CoV and SARS-CoV-2. In addition, we found that the ability of the HCoV-229E RBD to induce neutralizing antibodies was much lower and the intact and stable S1 subunit was essential for producing efficient neutralizing antibodies against HCoV-229E. Importantly, our results reveal different vaccine strategies for coronaviruses, and S-trimer is better than RBD as a target for vaccine development in Alpha-coronavirus . Our findings will provide important implications for future development of coronavirus vaccines. Importance Outbreak of coronaviruses, especially SARS-CoV-2, poses a serious threat to global public health. Development of vaccines to prevent the coronaviruses that can infect humans has always been a top priority. Coronavirus spike (S) protein is considered as a major target for vaccine development. Currently, structural studies have shown that Alpha-coronavirus (HCoV-229E) and Beta-coronavirus (SARS-CoV and SARS-CoV-2) RBDs are in lying and standing state, respectively. Here, we tested the ability of S-trimer and RBD to induce neutralizing antibodies among these coronaviruses. Our results showed that Beta-CoVs RBDs are in a standing state, and their S proteins can induce more neutralizing antibodies targeting RBD. However, HCoV-229E RBD is in a lying state, and its S protein induces a low level of neutralizing antibody targeting RBD. Our results indicate that Alpha-coronavirus is more conducive to escape host immune recognition, and also provide novel ideas for the development of vaccines targeting S protein.

Abstract The unprecedented coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), is a serious threat to global public health. Development of effective therapies against SARS-CoV-2 is urgently needed. Here, we evaluated the antiviral activity of a remdesivir parent nucleotide analog, GS441524, which targets the coronavirus RNA-dependent RNA polymerase enzyme, and a feline coronavirus prodrug, GC376, which targets its main protease, using a mouse-adapted SARS-CoV-2 infected mouse model. Our results showed that GS441524 effectively blocked the proliferation of SARS-CoV-2 in the mouse upper and lower respiratory tracts via combined intranasal (i.n.) and intramuscular (i.m.) treatment. However, the ability of high-dose GC376 (i.m. or i.n. and i.m.) was weaker than GS441524. Notably, low-dose combined application of GS441524 with GC376 could effectively protect mice against SARS-CoV-2 infection via i.n. or i.n. and i.m. treatment. Moreover, we found that the pharmacokinetic properties of GS441524 is better than GC376, and combined application of GC376 and GS441524 had a synergistic effect. Our findings support the further evaluation of the combined application of GC376 and GS441524 in future clinical studies. Importance Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) causes coronavirus disease 2019 (COVID-19), which has seriously threatened global public health and economic development. Currently, effective therapies to treat COVID-19 are urgently needed. In this study, we assessed the efficacy of the preclinical inhibitors GC376 and GS441524 using a mouse-adapted SARS-CoV-2 infected mouse model for the first time. Our results showed that low-dose combined application of GC376 and GS441524 could effectively protect mice from HRB26M infection in the upper and lower respiratory tracts. Hence, the combined application should be developed and considered for future clinic practice.

Abstract African swine fever virus (ASFV) is a large, icosahedral, double‐stranded DNA virus in the Asfarviridae family and the causative agent of African swine fever (ASF). ASFV causes a hemorrhagic fever with high mortality rates in domestic and wild pigs. ASFV contains an open reading frame named EP152R, previous research has shown that EP152R is an essential gene for virus rescue in swine macrophages. However, the detailed functions of ASFV EP152R remain elusive. Herein, we demonstrate that EP152R, a membrane protein located in the endoplasmic reticulum (ER), induces ER stress and swelling, triggering the PERK/eIF2α pathway, and broadly inhibiting host protein synthesis in vitro. Additionally, EP152R strongly promotes immune evasion, reduces cell proliferation, and alters cellular metabolism. These results suggest that ASFV EP152R plays a critical role in the intracellular environment, facilitating viral replication. Furthermore, virus‐level experiments have shown that the knockdown of EP152R or PERK inhibitors efficiently affects viral replication by decreasing viral gene expression. In summary, these findings reveal a series of novel functions of ASFV EP152R and have important implications for understanding host‐pathogen interactions.