Abstract COVID-19 has rapidly spread all over the world, progressing into a pandemic. This situation has urgently impelled many companies and public research institutes to concentrate their efforts on research for effective therapeutics. Here, we outline the strategies and targets currently adopted in developing a vaccine against SARS-CoV-2. Based on previous evidence and experience with SARS and MERS, the primary focus has been the Spike protein, considered as the ideal target for COVID-19 immunotherapies.

Abstract The COVID-19 pandemic caused by the β-coronavirus SARS-CoV-2 has made the development of safe and effective vaccines a critical global priority. To date, four vaccines have already been approved by European and American authorities for preventing COVID-19 but the development of additional vaccine platforms with improved supply and logistics profiles remains a pressing need. Here we report the preclinical evaluation of a novel COVID-19 vaccine candidate based on the electroporation of engineered, synthetic cDNA encoding a viral antigen in the skeletal muscle, a technology previously utilized for cancer vaccines. We constructed a set of prototype DNA vaccines expressing various forms of the SARS-CoV-2 Spike (S) protein and assessed their immunogenicity in animal models. Among them, COVID- e Vax – a DNA plasmid encoding a secreted monomeric form of SARS-CoV-2 S protein RBD – induced the most potent anti-SARS-CoV-2 neutralizing antibody responses (including against the current most common variants of concern) and a robust T cell response. Upon challenge with SARS-CoV-2, immunized K18-hACE2 transgenic mice showed reduced weight loss, improved pulmonary function and significantly lower viral replication in the lungs and brain. COVID- e Vax conferred significant protection to ferrets upon SARS-CoV-2 challenge. In summary, this study identifies COVID- e Vax as an ideal COVID-19 vaccine candidate suitable for clinical development. Accordingly, a combined phase I-II trial has recently started in Italy.

Abstract COVID-19 is a highly infectious disease caused by a newly emerged coronavirus (SARS-CoV-2) that has rapidly progressed into a pandemic. This unprecedent emergency has stressed the significance of developing effective therapeutics to fight current and future outbreaks. The receptor-binding domain (RBD) of the SARS-CoV-2 surface Spike protein is the main target for vaccines and represents a helpful “tool” to produce neutralizing antibodies or diagnostic kits. In this work, we provide a detailed characterization of the native RBD produced in three major model systems: Escherichia coli , insect and HEK-293 cells. Circular dichroism, gel filtration chromatography and thermal denaturation experiments indicated that recombinant SARS-CoV-2 RBD proteins are stable and correctly folded. In addition, their functionality and receptor-binding ability were further evaluated through ELISA, flow cytometry assays and bio-layer interferometry.

Abstract Severe coagulopathy has been observed at the level of the microcirculation in several organs including lungs, heart and kidneys in patients with COVID-19, and in a minority of subjects receiving the SARS-CoV-2 vaccine. Various mechanisms have been implicated in these effects, including increases in circulating neutrophil extracellular traps, excessive inflammation, and endothelial dysfunction. Even if a correlation between infection by SARS-CoV-2 and upregulation of coagulation cascade components has been established in the lung, no direct proofs have been yet provided about the transcriptional machinery controlling the expression of these factors. Recent results obtained by us reported a novel transcriptional function of the SARS-CoV-2 Spike (S) viral protein involving a direct protein-protein interaction with the human Estrogen Receptor-α (ERα). Given the implications of ERα in the control of key effectors in the coagulation cascade, we hypothesized that S-protein might increase the pro-coagulation activity of endothelial cells via the transcriptional activity of the ERα, thus justifying the enhanced risk of thrombosis. To assess this, we tested the effects of S-protein on the expression of Tissue Factor (TF) and the overall procoagulation activity in a human endothelial cell line and confirmed this finding by overexpressing S-protein by gene transfer in mice. We then designed and tested two-point mutations in the S2 S-protein sequence that abolished the pro-coagulation function of S-protein in vitro and in vivo , without compromising its immunogenicity. In addition to reveal a new potential transcriptional function of S-protein, these results inspire the design of new vaccines with lower risk of thrombogenesis. Indeed, while the benefit/risk ratio remains overwhelming in favor of COVID-19 vaccination, our results shed light on the causal mechanisms of some rare anti-SARS-CoV-2 vaccine adverse events, and are thus essential for current and future vaccination and booster campaigns.

ABSTRACT The membrane anchored Src tyrosine kinase is involved in numerous pathways and its deregulation is involved in human cancer. Our knowledge on Src regulation relies on crystallography, which revealed intramolecular interactions to control active Src conformations. However, Src contains a N-terminal intrinsically disordered unique domain (UD) whose function remains unclear. Using NMR, we reported that UD forms an intramolecular fuzzy complex involving a conserved region with lipid-binding capacity named Unique Lipid Binding Region (ULBR), which could modulate Src membrane anchoring. Here we show that the ULBR is essential for Src’s oncogenic capacity. ULBR inactive mutations inhibited Src transforming activity in NIH3T3 cells and in human colon cancer cells. It also reduced Src-induced tumor development in nude mice. An intact ULBR was required for MAPK signaling without affecting Src kinase activity nor sub-cellular localization. Phospho-proteomic analyses revealed that, while not impacting on the global tyrosine phospho-proteome in colon cancer cells, this region modulates phosphorylation of specific membrane-localized tyrosine kinases needed for Src oncogenic signaling, including EPHA2 and Fyn. Collectively, this study reveals an important role of this intrinsically disordered region in malignant cell transformation and suggests a novel layer of Src regulation by this unique region via membrane substrate phosphorylation.

Abstract Background Tracking the genetic variability of Severe Acute Respiratory Syndrome CoronaVirus 2 (SARS-CoV-2) is a crucial challenge. Mainly to identify target sequences in order to generate robust vaccines and neutralizing monoclonal antibodies, but also to track viral genetic temporal and geographic evolution and to mine for variants associated with reduced or increased disease severity. Several online tools and bioinformatic phylogenetic analyses have been released, but the main interest lies in the Spike protein, which is the pivotal element of current vaccine design, and in the Receptor Binding Domain, that accounts for most of the neutralizing the antibody activity. Methods Here, we present an open-source bioinformatic protocol, and a web portal focused on SARS-CoV-2 single mutations and minimal consensus sequence building as a companion vaccine design tool. Furthermore, we provide immunogenomic analyses to understand the impact of the most frequent RBD variations. Results Results on the whole GISAID sequence dataset at the time of the writing (October 2020) reveals an emerging mutation, S477N, located on the central part of the Spike protein Receptor Binding Domain, the Receptor Binding Motif. Immunogenomic analyses revealed some variation in mutated epitope MHC compatibility, T-cell recognition, and B-cell epitope probability for most frequent human HLAs. Conclusions This work provides a framework able to track down SARS-CoV-2 genomic variability.

Itch is a major symptom of many chronic skin diseases that can exacerbate inflammation by provoking excessive scratching and causing skin damage. Here we develop a novel technology to control itch through molecular guided delivery of a phototoxic agent and near infrared (IR) illumination of the skin. Exploiting the selective binding of the pruritogen Interleukin-31 to itch sensing cells, we generate an engineered IL31SNAP ligand derivative (IL31K138A-SNAP) that binds to cells but does not evoke signaling or provoke scratching when injected in vivo. Conjugation of IL31K138A-SNAP to the photosensitizer IRDye700DX phthalocyanine (IR700) and injection of the skin results in long-term reversal of scratching behavior evoked by IL31 upon near IR illumination. We further develop a topical preparation of IL31K138A-SNAP-IR700 that strikingly, reverses behavioral and dermatological indicators in mouse models of Atopic Dermatitis (AD) and the genetic skin disease Familial Primary Localized Cutaneous Amyloidosis (FPLCA). We demonstrate that this therapeutic effect results from selective retraction of itch sensing neurons in the skin, breaking the cycle of itch and disruption of the skin's barrier function. Thus, molecule guided photoablation is a powerful new technology for controlling itch and treating inflammatory skin diseases.

Mechanical allodynia is a major symptom of neuropathic pain whereby innocuous touch evokes severe pain. Here we identify a population of peripheral sensory neurons expressing TrkB that are both necessary and sufficient for producing pain from light touch after nerve injury. Mice in which TrkB-Cre expressing neurons are ablated are less sensitive to the lightest touch under basal conditions, and fail to develop mechanical allodynia in a model of neuropathic pain. Moreover, selective optogenetic activation of these neurons after nerve injury evokes marked nociceptive behavior. Using a phototherapeutic approach based upon BDNF, the ligand for TrkB, we perform molecule-guided laser ablation of these neurons and achieve long-term retraction of TrkB positive neurons from the skin and pronounced reversal of mechanical allodynia across multiple types of neuropathic pain. Thus we identify the peripheral neurons which transmit pain from light touch and uncover a novel pharmacological strategy for its treatment.

Nerve growth factor (NGF) and its receptors TrkA and p75 play a key role in the development and function of peripheral nociceptive neurons. Here we describe novel technology to selectively photoablate TrkA positive nociceptors through delivery of a phototoxic agent coupled to an engineered NGF ligand and subsequent near infrared (NIR) illumination. We demonstrate that this approach allows for on demand and localized reversal of pain behaviors in mouse models of acute, inflammatory, neuropathic and joint pain. To target peripheral nociceptors we generated a SNAP-tagged NGF derivative, NGFR121W that binds to TrkA/p75 receptors but does not provoke signaling in TrkA positive cells or elicit pain behaviors in mice. NGFR121W-SNAP was coupled to the photosensitizer IRDye 700DX phthalocyanine (IR700) and injected subcutaneously. Following NIR illumination of the injected area, behavioral responses to nociceptive mechanical and sustained thermal stimuli, but not innocuous stimuli, were substantially reduced. Similarly, in models of inflammatory, osteoarthritic and neuropathic pain, mechanical hypersensitivity was abolished for three weeks following a single treatment regime. We demonstrate that this loss of pain behavior coincides with the retraction of neurons from the skin which then re-innervate the epidermis after 3 weeks corresponding with the return of mechanical hypersensitivity. Thus NGFR121W-SNAP-mediated photoablation is a minimally invasive approach to reversibly silence nociceptor input from the periphery, and control pain and hypersensitivity to mechanical stimuli.