Abstract The mechanisms by which multiple myeloma (MM) cells migrate and home to the bone marrow are not well understood. In this study, we sought to determine the effect of the chemokine SDF-1 (CXCL12) and its receptor CXCR4 on the migration and homing of MM cells. We demonstrated that CXCR4 is differentially expressed at high levels in the peripheral blood and is down-regulated in the bone marrow in response to high levels of SDF-1. SDF-1 induced motility, internalization, and cytoskeletal rearrangement in MM cells evidenced by confocal microscopy. The specific CXCR4 inhibitor AMD3100 and the anti-CXCR4 antibody MAB171 inhibited the migration of MM cells in vitro. CXCR4 knockdown experiments demonstrated that SDF-1–dependent migration was regulated by the PI3K and ERK/MAPK pathways but not by p38 MAPK. In addition, we demonstrated that AMD3100 inhibited the homing of MM cells to the bone marrow niches using in vivo flow cytometry, in vivo confocal microscopy, and whole body bioluminescence imaging. This study, therefore, demonstrates that SDF-1/CXCR4 is a critical regulator of MM homing and that it provides the framework for inhibitors of this pathway to be used in future clinical trials to abrogate MM trafficking.

Protein methylation is a common posttranslational modification that mostly occurs on arginine and lysine residues. Arginine methylation has been reported to regulate RNA processing, gene transcription, DNA damage repair, protein translocation, and signal transduction. Lysine methylation is best known to regulate histone function and is involved in epigenetic regulation of gene transcription. To better study protein methylation, we have developed highly specific antibodies against monomethyl arginine; asymmetric dimethyl arginine; and monomethyl, dimethyl, and trimethyl lysine motifs. These antibodies were used to perform immunoaffinity purification of methyl peptides followed by LC-MS/MS analysis to identify and quantify arginine and lysine methylation sites in several model studies. Overall, we identified over 1000 arginine methylation sites in human cell line and mouse tissues, and ∼160 lysine methylation sites in human cell line HCT116. The number of methylation sites identified in this study exceeds those found in the literature to date. Detailed analysis of arginine-methylated proteins observed in mouse brain compared with those found in mouse embryo shows a tissue-specific distribution of arginine methylation, and extends the types of proteins that are known to be arginine methylated to include many new protein types. Many arginine-methylated proteins that we identified from the brain, including receptors, ion channels, transporters, and vesicle proteins, are involved in synaptic transmission, whereas the most abundant methylated proteins identified from mouse embryo are transcriptional regulators and RNA processing proteins.

Abstract The interaction of multiple myeloma (MM) cells with their microenvironment in the bone marrow (BM) provides a protective environment and resistance to therapeutic agents. We hypothesized that disruption of the interaction of MM cells with their BM milieu would lead to their sensitization to therapeutic agents such as bortezomib, melphalan, doxorubicin, and dexamethasone. We report that the CXCR4 inhibitor AMD3100 induces disruption of the interaction of MM cells with the BM reflected by mobilization of MM cells into the circulation in vivo, with kinetics that differed from that of hematopoietic stem cells. AMD3100 enhanced sensitivity of MM cell to multiple therapeutic agents in vitro by disrupting adhesion of MM cells to bone marrow stromal cells (BMSCs). Moreover, AMD3100 increased mobilization of MM cells to the circulation in vivo, increased the ratio of apoptotic circulating MM cells, and enhanced the tumor reduction induced by bortezomib. Mechanistically, AMD3100 significantly inhibited Akt phosphorylation and enhanced poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) cleavage as a result of bortezomib, in the presence of BMSCs in coculture. These experiments provide a proof of concept for the use of agents that disrupt interaction with the microenvironment for enhancement of efficacy of cytotoxic agents in cancer therapy.

ABSTRACT An escalating pandemic caused by the novel severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is impacting global health. Specific treatment options for diseases caused by SARS-CoV-2 are largely lacking. Herein, we used a pseudotype virus (pv) bearing the SARS-CoV-2 S glycoprotein to screen a botanical drug library to identify an agent against SARS-CoV-2 entry. All the four hits, including angeloylgomisin O, schisandrin B, procyanidin, and oleanonic acid, were identified for effective inhibition of SARS-CoV-2 S pv entry in the micromolar range. A mechanistic study revealed that these four agents inhibit SARS-CoV-2 S pv entry by blocking S-mediated membrane fusion. Furthermore, angeloylgomisin O, schisandrin B, and oleanonic acid inhibited authentic SARS-CoV-2 with a high selective index (SI). We also showed that all the four hits could also inhibit the entry of pv of Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) and newly emerged SARS-CoV-2 variants (D614G, K417N/E484K/N501Y/D614G). In drug combination studies performed in cellular antiviral assays, angeloylgomisin O and schisandrin B displayed synergistic effects in combination with remdesivir. These results indicated that angeloylgomisin O, schisandrin B, procyanidin, and oleanonic acid can inhibit SARS-CoV-2 and that they are potential therapeutic agents for COVID-19.

ABSTRACT Lassa virus (LASV) is an enveloped, negative-sense RNA virus that causes Lassa hemorrhagic fever, for which there are limited treatment options. Successful LASV entry requires the viral glycoprotein 1 (GP1) to undergo a receptor switch from its primary receptor alpha-dystroglycan (α-DG) to its endosomal receptor lysosome-associated membrane protein 1 (LAMP1). A conserved histidine triad in LASV GP1 has been reported to be responsible for receptor switch. To test the hypothesis that other non-conserved residues also contribute to receptor switch, we constructed a series of GP1 mutant proteins and tested them for binding to LAMP1. Four residues, L84, K88, L107, and H170, were identified as critical for receptor switch. Substituting any of the four residues with the corresponding lymphocytic choriomeningitis virus residue (L84N, K88E, L10F, and H170S) reduced the binding affinity of GP1 LASV for LAMP1. Moreover, all the mutations caused decreases in GPC-mediated membrane fusion at both pH 4.5 and 5.2. The infectivity of pseudotyped viruses bearing either GPC L84N or GPC K88E decreased sharply in multiple cell types, whereas L107F and H170S had only mild effects on infectivity. Notably, in LAMP1 knockout cells, all four mutants showed reduced pseudovirus infectivity. Using biolayer light interferometry assay, we found that all four mutants had decreased binding affinity to LAMP1, in the order L84N > L107F > K88E > H170S. IMPORTANCE Lassa virus requires pH-dependent receptor switch to infect host cells; however, the underlying molecular mechanisms of this process are not well known. Here, we identify four residues, L84, K88, L107, and H170 that contribute to the interaction with the second receptor lysosome-associated membrane protein 1 (LAMP1). Mutant any of the four residues would impair the binding affinity to LAMP1, decrease the glycoprotein mediated membrane fusion, and reduce the pseudovirus infectivity.

Abstract Lassa virus (LASV) belongs to the Old World Mammarenavirus genus (family Arenaviridae ) and is classified as a category A biological threat agent. At present, there are no approved drugs or vaccines specific for LASV. In this study, high-throughput screening of a botanical drug library was performed against LASV entry using a pseudotype virus bearing the LASV envelope glycoprotein (GPC). Two hit compounds, bergamottin and casticin, were identified as LASV entry inhibitors in the micromolar range. A mechanistic study revealed that casticin inhibited LASV entry by blocking low pH-induced membrane fusion. Adaptive mutant analyses demonstrated that the F446L mutation, located in the transmembrane domain of GP2, conferred resistance to casticin. Furthermore, casticin extended its antiviral spectrum to the New World (NW) pathogenic mammarenaviruses, and mutation of the conserved F446 conferred NW resistance to casticin. Unlike casticin, bergamottin has little effect on LASV GPC-mediated membrane fusion, while it inhibited LASV entry by blocking endocytic trafficking. Our study shows that both bergamottin and casticin are candidates for LASV therapy, indicating that the conserved F446 plays important roles in drug resistance in mammarenaviruses. IMPORTANCE Currently, there is no approved therapy to treat Lassa fever (LASF); we aimed to find candidates for LASF therapy. Herein, we screened a botanical drug library and identified two compounds, bergamottin and casticin, that inhibited LASV entry via different mechanisms.

Abstract Currently, there are no approved drugs for the treatment of flavivirus infection. Accordingly, we tested the inhibitory effects of the novel θ-defensin retrocyclin-101 (RC-101) against flavivirus infection, and investigated the mechanism underlying the potential inhibitory effects. First, RC-101 robustly inhibited both Japanese encephalitis virus (JEV) and Zika virus (ZIKV) infections. RC-101 exerted inhibitory effects on the entry and replication stages. Results also indicated that the non-structural protein NS2B-NS3 serine protease might serve as a potential viral target. Further, RC-101 inhibited protease activity at the micromolar level. We also demonstrated that with respect to the glycoprotein E protein of flavivirus, the DE loop of domain III, which is the receptor-binding domain of the E protein, might serve as another viral target of RC-101. Moreover, a JEV DE mutant exhibited resistance to RC-101, which was associated with deceased binding affinity of RC-101 to DIII. These findings provide a basis for the development of RC-101 as a potential candidate for the treatment of flavivirus infection. Importance RC has been reported to have a broad-spectrum antimicrobial activity. In this study, we firstly report that RC-101 could inhibit ZIKV and JEV infections. Moreover, both the NS2B-NS3 serine protease and the DE loop in the E glycoprotein might serve as the viral targets of RC-101.

ABSTRACT The Lujo virus (LUJV) belongs to the Old World (OW) genus Mammarenavirus (family Arenaviridae); it is categorized as a biosafety level (BSL) 4 agent. Currently, there are no U.S. Food and Drug Administration (FDA)-approved drugs or vaccines specifically for LUJV or other pathogenic OW mammarenaviruses. Here, a high-throughput screening of an FDA-approved drug library was conducted using pseudotype viruses bearing LUJV envelope glycoprotein (GPC) to identify inhibitors of LUJV entry. Three hit compounds, trametinib, manidipine, and lercanidipine, were identified as LUJV entry inhibitors in the micromolar range. Mechanistic studies revealed that trametinib inhibited LUJV GPC-mediated membrane fusion by targeting C410 (located in the transmembrane (TM) domain), while manidipine and lercanidipine inhibited LUJV entry by acting as calcium channel blockers. Meanwhile, all three hits extended their antiviral spectra to the entry of other pathogenic mammarenaviruses. Furthermore, all three could inhibit the authentic prototype mammarenavirus, lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV), and could prevent infection at the micromolar level. This study shows that trametinib, manidipine, and lercanidipine are candidates for LUJV therapy, and highlights the critical role of calcium in LUJV infection. The presented findings reinforce the notion that the key residue(s) located in the TM domain of GPC provide an entry-targeted platform for designing mammarenavirus inhibitors. IMPORTANCE To date, only one LUJV outbreak has been recorded; it occurred in 2008 and resulted in a fatality rate of 80% (4/5 cases). Pathogenesis studies and therapeutic strategies are therefore urgently needed. Repurposing approved drugs can accelerate the development of drug design and facilitate the understanding of infectious mechanisms. Here, three compounds, trametinib, manidipine, and lercanidipine, were identified as entry inhibitors against LUJV. Studying the underling mechanisms revealed that a key residue (C410) in LUJV GPC modulates its sensitivity/resistance to trametinib and demonstrated the critical role of calcium in LUJV infection.

Abstract The coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has claimed millions of lives worldwide, not to mention innumerable losses in the global economy and disruptions in social relationships. Unfortunately, state-of-the-art treatments still lag behind the fast emergence of new variants of concern. The key to resolve this issue is to develop broad-spectrum antivirals with innovative antiviral mechanisms in which coronaviruses are deactivated regardless of their variant development. Herein, we report a new antiviral strategy involving extracellular disintegration of viral proteins that are indispensable for viral infection with hyperanion-grafted enediyne molecules. The sulfate groups ensure low cellular permeability and rather low cytotoxicity of the molecules, while the core enediyne generates reactive radical species and causes significant damage to the spike (S) protein of coronavirus. The enediyne compounds exhibit antiviral activity at micromolar to nanomolar concentrations, and the selectivity index of up to 20,000 against four kinds of human coronaviruses, including the SARS-CoV-2 omicron variant, suggesting the high potential of this new strategy in combating the COVID-19 pandemic.

Objective: Pyriform fossa (PF) branchial apparatus anomalies (PFBAA) are rare congenital third or fourth branchial apparatus anomalies (TBAA or FBAA). This article summarizes our paradigm in managing this condition by combining endoscopic procedures and open neck surgery. Methods: A retrospective review was undertaken concerning PFBAA cases treated at our tertiary medical institution between July 2020 and November 2023. Data were collected from case records. Three sequential steps were implemented: (1) direct laryngoscopy to identify internal orifice (IO), with injection of methylene blue into it; (2) open neck surgery to resect all inflammatory tissues, focusing on the ligation of the sinus tract out of PF; and (3) plasma coblation of IO mucosa. Results: In total, 7 cases (4 men and 3 women) were included (28-67 years old, median age 53). Presenting symptoms were various, with 6 lesions on the left and 1 on the right side. Preoperative (PO) fiberoptic laryngoscopy identified IO in 6 patients, while PO barium esophageal study identified outflow from PF in 4 patients. A preliminary diagnosis of PFBAA could be established in all cases (2 TBAA and 5 FBAA cases). Direct laryngoscopy after general anesthesia identified IO in all cases (2 on the base of PF and 5 on the apex of PF). All the surgical procedures were successful, with uneventful recovery in all the patients. No postoperative complications were observed. All the patients resumed oral fluid intake after confirmation of no pharyngeal fistula by barium esophageal study on the seventh postoperative day. The duration of follow-up was between 6 and 40 months (with a median duration of 27 months). No recurrence was observed. Conclusion: Open neck surgery, assisted by endoscopic dyeing of sinus tracts and plasma coblation of IO mucosa, is a suitable treatment for PFBAA in adults. This paradigm is effective and safe for senior surgeons.