The genetics underlying severe COVID-19 The immune system is complex and involves many genes, including those that encode cytokines known as interferons (IFNs). Individuals that lack specific IFNs can be more susceptible to infectious diseases. Furthermore, the autoantibody system dampens IFN response to prevent damage from pathogen-induced inflammation. Two studies now examine the likelihood that genetics affects the risk of severe coronavirus disease 2019 (COVID-19) through components of this system (see the Perspective by Beck and Aksentijevich). Q. Zhang et al. used a candidate gene approach and identified patients with severe COVID-19 who have mutations in genes involved in the regulation of type I and III IFN immunity. They found enrichment of these genes in patients and conclude that genetics may determine the clinical course of the infection. Bastard et al. identified individuals with high titers of neutralizing autoantibodies against type I IFN-α2 and IFN-ω in about 10% of patients with severe COVID-19 pneumonia. These autoantibodies were not found either in infected people who were asymptomatic or had milder phenotype or in healthy individuals. Together, these studies identify a means by which individuals at highest risk of life-threatening COVID-19 can be identified. Science , this issue p. eabd4570 , p. eabd4585 ; see also p. 404

Abstract Extensive efforts have been directed at the discovery, investigation and clinical monitoring of targeted therapeutics. These efforts may be facilitated by the convenient access of the genetic, proteomic, interactive and other aspects of the therapeutic targets. Here, we describe an update of the Therapeutic target database (TTD) previously featured in NAR. This update includes: (i) 2000 drug resistance mutations in 83 targets and 104 target/drug regulatory genes, which are resistant to 228 drugs targeting 63 diseases (49 targets of 61 drugs with patient prevalence data); (ii) differential expression profiles of 758 targets in the disease-relevant drug-targeted tissue of 12 615 patients of 70 diseases; (iii) expression profiles of 629 targets in the non-targeted tissues of 2565 healthy individuals; (iv) 1008 target combinations of 1764 drugs and the 1604 target combination of 664 multi-target drugs; (v) additional 48 successful, 398 clinical trial and 21 research targets, 473 approved, 812 clinical trial and 1120 experimental drugs, and (vi) ICD-10-CM and ICD-9-CM codes for additional 482 targets and 262 drugs against 98 disease conditions. This update makes TTD more useful for facilitating the patient focused research, discovery and clinical investigations of the targeted therapeutics. TTD is accessible at http://bidd.nus.edu.sg/group/ttd/ttd.asp.

Knowledge and investigation of therapeutic targets (responsible for drug efficacy) and the targeted drugs facilitate target and drug discovery and validation. Therapeutic Target Database (TTD, http://bidd.nus.edu.sg/group/ttd/ttd.asp) has been developed to provide comprehensive information about efficacy targets and the corresponding approved, clinical trial and investigative drugs. Since its last update, major improvements and updates have been made to TTD. In addition to the significant increase of data content (from 1894 targets and 5028 drugs to 2025 targets and 17 816 drugs), we added target validation information (drug potency against target, effect against disease models and effect of target knockout, knockdown or genetic variations) for 932 targets, and 841 quantitative structure activity relationship models for active compounds of 228 chemical types against 121 targets. Moreover, we added the data from our previous drug studies including 3681 multi-target agents against 108 target pairs, 116 drug combinations with their synergistic, additive, antagonistic, potentiative or reductive mechanisms, 1427 natural product-derived approved, clinical trial and pre-clinical drugs and cross-links to the clinical trial information page in the ClinicalTrials.gov database for 770 clinical trial drugs. These updates are useful for facilitating target discovery and validation, drug lead discovery and optimization, and the development of multi-target drugs and drug combinations.

Norepinephrine (NE) is a key biogenic monoamine neurotransmitter involved in a wide range of physiological processes. However, its precise dynamics and regulation remain poorly characterized, in part due to limitations of available techniques for measuring NE in vivo. Here, we developed a family of GPCR activation-based NE (GRABNE) sensors with a 230% peak ΔF/F0 response to NE, good photostability, nanomolar-to-micromolar sensitivities, sub-second kinetics, and high specificity. Viral- or transgenic-mediated expression of GRABNE sensors was able to detect electrical-stimulation-evoked NE release in the locus coeruleus (LC) of mouse brain slices, looming-evoked NE release in the midbrain of live zebrafish, as well as optogenetically and behaviorally triggered NE release in the LC and hypothalamus of freely moving mice. Thus, GRABNE sensors are robust tools for rapid and specific monitoring of in vivo NE transmission in both physiological and pathological processes.

TLR7 and plasmacytoid dendritic cells are essential for type I IFN–dependent immunity to SARS-CoV-2 in the lungs.

There has been renewed interests in the exploration of natural products (NPs) for drug discovery, and continuous investigations of the therapeutic claims and mechanisms of traditional and herbal medicines. In-silico methods have been employed for facilitating these studies. These studies and the optimization of in-silico algorithms for NP applications can be facilitated by the quantitative activity and species source data of the NPs. A number of databases collectively provide the structural and other information of ∼470 000 NPs, including qualitative activity information for many NPs, but only ∼4000 NPs are with the experimental activity values. There is a need for the activity and species source data of more NPs. We therefore developed a new database, NPASS (Natural Product Activity and Species Source) to complement other databases by providing the experimental activity values and species sources of 35 032 NPs from 25 041 species targeting 5863 targets (2946 proteins, 1352 microbial species and 1227 cell-lines). NPASS contains 446 552 quantitative activity records (e.g. IC50, Ki, EC50, GI50 or MIC mainly in units of nM) of 222 092 NP-target pairs and 288 002 NP-species pairs. NPASS, http://bidd2.nus.edu.sg/NPASS/, is freely accessible with its contents searchable by keywords, physicochemical property range, structural similarity, species and target search facilities.

Neutralizing autoantibodies against type I interferons (IFNs) have been found in some patients with critical coronavirus disease 2019 (COVID-19), the disease caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). However, the prevalence of these antibodies, their longitudinal dynamics across the disease severity scale, and their functional effects on circulating leukocytes remain unknown. Here, in 284 patients with COVID-19, we found type I IFN–specific autoantibodies in peripheral blood samples from 19% of patients with critical disease and 6% of patients with severe disease. We found no type I IFN autoantibodies in individuals with moderate disease. Longitudinal profiling of over 600,000 peripheral blood mononuclear cells using multiplexed single-cell epitope and transcriptome sequencing from 54 patients with COVID-19 and 26 non–COVID-19 controls revealed a lack of type I IFN–stimulated gene (ISG-I) responses in myeloid cells from patients with critical disease. This was especially evident in dendritic cell populations isolated from patients with critical disease producing type I IFN–specific autoantibodies. Moreover, we found elevated expression of the inhibitory receptor leukocyte-associated immunoglobulin-like receptor 1 (LAIR1) on the surface of monocytes isolated from patients with critical disease early in the disease course. LAIR1 expression is inversely correlated with ISG-I expression response in patients with COVID-19 but is not expressed in healthy controls. The deficient ISG-I response observed in patients with critical COVID-19 with and without type I IFN–specific autoantibodies supports a unifying model for disease pathogenesis involving ISG-I suppression through convergent mechanisms.

Abstract Type I interferon (IFN-I) neutralizing autoantibodies have been found in some critical COVID-19 patients; however, their prevalence and longitudinal dynamics across the disease severity scale, and functional effects on circulating leukocytes remain unknown. Here, in 284 COVID-19 patients, we found IFN-I autoantibodies in 19% of critical, 6% of severe and none of the moderate cases. Longitudinal profiling of over 600,000 peripheral blood mononuclear cells using multiplexed single-cell epitope and transcriptome sequencing from 54 COVID-19 patients, 15 non-COVID-19 patients and 11 non-hospitalized healthy controls, revealed a lack of IFN-I stimulated gene (ISG-I) response in myeloid cells from critical cases, including those producing anti-IFN-I autoantibodies. Moreover, surface protein analysis showed an inverse correlation of the inhibitory receptor LAIR-1 with ISG-I expression response early in the disease course. This aberrant ISG-I response in critical patients with and without IFN-I autoantibodies, supports a unifying model for disease pathogenesis involving ISG-I suppression via convergent mechanisms.

SUMMARY Pediatric SARS-CoV-2 vaccines are needed that elicit immunity directly in the airways, as well as systemically. Building on pediatric parainfluenza virus vaccines in clinical development, we generated a live-attenuated parainfluenza virus-vectored vaccine candidate expressing SARS-CoV-2 prefusion-stabilized spike (S) protein (B/HPIV3/S-6P) and evaluated its immunogenicity and protective efficacy in rhesus macaques. A single intranasal/intratracheal dose of B/HPIV3/S-6P induced strong S-specific airway mucosal IgA and IgG responses. High levels of S-specific antibodies were also induced in serum, which efficiently neutralized SARS-CoV-2 variants of concern. Furthermore, B/HPIV3/S-6P induced robust systemic and pulmonary S-specific CD4 + and CD8 + T-cell responses, including tissue-resident memory cells in lungs. Following challenge, SARS-CoV-2 replication was undetectable in airways and lung tissues of immunized macaques. B/HPIV3/S-6P will be evaluated clinically as pediatric intranasal SARS-CoV-2/parainfluenza virus type 3 vaccine. One-Sentence Summary Intranasal parainfluenza virus-vectored COVID-19 vaccine induces anti-S antibodies, T-cell memory and protection in macaques.