Mammalian stress granules (SGs) contain stalled translation preinitiation complexes that are assembled into discrete granules by specific RNA-binding proteins such as G3BP. We now show that cells lacking both G3BP1 and G3BP2 cannot form SGs in response to eukaryotic initiation factor 2α phosphorylation or eIF4A inhibition, but are still SG-competent when challenged with severe heat or osmotic stress. Rescue experiments using G3BP1 mutants show that G3BP1-F33W, a mutant unable to bind G3BP partner proteins Caprin1 or USP10, rescues SG formation. Caprin1/USP10 binding to G3BP is mutually exclusive: Caprin binding promotes, but USP10 binding inhibits, SG formation. G3BP interacts with 40S ribosomal subunits through its RGG motif, which is also required for G3BP-mediated SG formation. We propose that G3BP mediates the condensation of SGs by shifting between two different states that are controlled by binding to Caprin1 or USP10.

Abstract SARS-CoV-2 enters host cells through an interaction between the spike glycoprotein and the angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) receptor. Directly preventing this interaction presents an attractive possibility for suppressing SARS-CoV-2 replication. Here, we report the isolation and characterization of an alpaca-derived single domain antibody fragment, Ty1, that specifically targets the receptor binding domain (RBD) of the SARS-CoV-2 spike, directly preventing ACE2 engagement. Ty1 binds the RBD with high affinity, occluding ACE2. A cryo-electron microscopy structure of the bound complex at 2.9 Å resolution reveals that Ty1 binds to an epitope on the RBD accessible in both the ‘up’ and ‘down’ conformations, sterically hindering RBD-ACE2 binding. While fusion to an Fc domain renders Ty1 extremely potent, Ty1 neutralizes SARS-CoV-2 spike pseudovirus as a 12.8 kDa nanobody, which can be expressed in high quantities in bacteria, presenting opportunities for manufacturing at scale. Ty1 is therefore an excellent candidate as an intervention against COVID-19.

Abstract SARS-CoV-2 may pose an occupational health risk to healthcare workers. Here, we report the seroprevalence of SARS-CoV-2 antibodies, self-reported symptoms and occupational exposure to SARS-CoV-2 among healthcare workers at a large acute care hospital in Sweden. The seroprevalence of IgG antibodies against SARS-CoV-2 was 19.1% among the 2149 healthcare workers recruited between April 14th and May 8th 2020, which was higher than the reported regional seroprevalence during the same time period. Symptoms associated with seroprevalence were anosmia (odds ratio (OR) 28.4, 95% CI 20.6–39.5) and ageusia (OR 19.2, 95% CI 14.3–26.1). Seroprevalence was also associated with patient contact (OR 2.9, 95% CI 1.9–4.5) and covid-19 patient contact (OR 3.3, 95% CI 2.2–5.3). These findings imply an occupational risk for SARS-CoV-2 infection among healthcare workers. Continued measures are warranted to assure healthcare workers safety and reduce transmission from healthcare workers to patients and to the community.

The SARS-CoV-2 Omicron 1 Variant of Concern (B.1.1.529) has spread rapidly in many countries. With a spike that is highly diverged from that of the pandemic founder, it escapes most available monoclonal antibody therapeutics 2,3 and erodes vaccine protection 4 . A public class of IGHV3-53-using SARS-CoV-2 neutralizing antibodies 5,6 typically fails to neutralize variants carrying mutations in the receptor-binding motif 7–11 , including Omicron. As antibodies from this class are likely elicited in most people following SARS-CoV-2 infection or vaccination, their subsequent affinity maturation is of particular interest. Here, we isolated IGHV3-53-using antibodies from an individual seven months after infection and identified several antibodies capable of broad and potent SARS-CoV-2 neutralization, extending to Omicron without loss of potency. By introducing select somatic hypermutations into a germline-reverted form of one such antibody, CAB-A17, we demonstrate the potential for commonly elicited antibodies to develop broad cross-neutralization through affinity maturation. Further, we resolved the structure of CAB-A17 Fab in complex with Omicron spike at an overall resolution of 2.6 Å by cryo-electron microscopy and defined the structural basis for this breadth. Thus, public SARS-CoV-2 neutralizing antibodies can, without modified spike vaccines, mature to cross-neutralize exceptionally antigenically diverged SARS-CoV-2 variants.

Abstract The coronavirus SARS-CoV-2 is the cause of the ongoing COVID-19 pandemic. Therapeutic neutralizing antibodies constitute a key short-to-medium term approach to tackle COVID-19. However, traditional antibody production is hampered by long development times and costly production. Here, we report the rapid isolation and characterization of nanobodies from a synthetic library, known as sybodies (Sb), that target the receptor-binding domain (RBD) of the SARS-CoV-2 spike protein. Several binders with low nanomolar affinities and efficient neutralization activity were identified of which Sb23 displayed high affinity and neutralized pseudovirus with an IC 50 of 0.6 µg/ml. A cryo-EM structure of the spike bound to Sb23 showed that Sb23 binds competitively in the ACE2 binding site. Furthermore, the cryo-EM reconstruction revealed a novel conformation of the spike where two RBDs are in the ‘up’ ACE2-binding conformation. The combined approach represents an alternative, fast workflow to select binders with neutralizing activity against newly emerging viruses.

The outbreak and spread of SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus 2), the cause of coronavirus disease 2019 (COVID-19), is a current global health emergency and a prophylactic vaccine is needed urgently. The spike glycoprotein of SARS-CoV-2 mediates entry into host cells, and thus is a target for neutralizing antibodies and vaccine design. Here we show that adjuvanted protein immunization with SARS-CoV-2 spike trimers, stabilized in prefusion conformation, results in potent antibody responses in mice and rhesus macaques with neutralizing antibody titers orders of magnitude greater than those typically measured in serum from SARS-CoV-2 seropositive humans. Neutralizing antibody responses were observed after a single dose, with exceptionally high titers achieved after boosting. Furthermore, neutralizing antibody titers elicited by a dose-sparing regimen in mice were similar to those obtained from a high dose regimen. Taken together, these data strongly support the development of adjuvanted SARS-CoV-2 prefusion-stabilized spike protein subunit vaccines.

Abstract Antibodies binding to the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike have therapeutic promise, but emerging variants show the potential for virus escape. This emphasizes the need for therapeutic molecules with distinct and novel neutralization mechanisms. Here we isolated a nanobody that interacts simultaneously with two RBDs from different spike trimers of SARS-CoV-2, rapidly inducing the formation of spike trimer-dimers leading to the loss of their ability to attach to the host cell receptor, ACE2. We show that this nanobody potently neutralizes SARS-CoV-2, including the B.1.351 variant, and cross-neutralizes SARS-CoV. Furthermore, we demonstrate the therapeutic potential of the nanobody against SARS-CoV-2 and the B.1.351 variant in a human ACE2 transgenic mouse model. This naturally elicited bispecific monomeric nanobody establishes a novel strategy for potent inactivation of viral antigens and represents a promising antiviral against emerging SARS-CoV-2 variants.

Abstract G3BP-1 and -2 (hereafter referred to as G3BP) are multifunctional RNA-binding proteins involved in stress granule (SG) assembly. Viruses from diverse families target G3BP for recruitment to replication or transcription complexes in order to block SG assembly but also to acquire pro-viral effects via other unknown functions of G3BP. The Old World alphaviruses, including Semliki Forest virus (SFV) and chikungunya virus (CHIKV) recruit G3BP into viral replication complexes, via an interaction between FGDF motifs in the C-terminus of the viral non-structural protein 3 (nsP3) and the NTF2-like domain of G3BP. To study potential proviral roles of G3BP, we used human osteosarcoma (U2OS) cell lines lacking endogenous G3BP generated using CRISPR-Cas9 and reconstituted with a panel of G3BP1 mutants and truncation variants. While SFV replicated with varying efficiency in all cell lines, CHIKV could only replicate in cells expressing G3BP1 variants containing both the NTF2-like and the RGG domains. The ability of SFV to replicate in the absence of G3BP allowed us to study effects of different domains of the protein. We used immunoprecipitation to demonstrate that that both NTF2- like and RGG domains are necessary for the formation a complex between nsP3, G3BP1 and the 40S ribosomal subunit. Electron microscopy of SFV-infected cells revealed that formation of nsP3:G3BP1 complexes via the NTF2-like domain was necessary for clustering of cytopathic vacuoles (CPVs) and that the presence of the RGG domain was necessary for accumulation of electron dense material containing G3BP1 and nsP3 surrounding the CPV clusters. Clustered CPVs also exhibited localised high levels of translation of viral mRNAs as detected by ribopuromycylation staining. These data confirm that G3BP is a ribosomal binding protein and reveal that alphaviral nsP3 uses G3BP to concentrate viral replication complexes and to recruit the translation initiation machinery, promoting the efficient translation of viral mRNAs.

Abstract Viral proteins make extensive use of short peptide interaction motifs to hijack cellular host factors. However, current methods do not identify this important class of protein-protein interactions. Uncovering peptide mediated interactions provides both a molecular understanding of viral interactions with their host and the foundation for developing novel antiviral reagents. Here we describe a scalable viral peptide discovery approach covering 229 RNA viruses that provides high resolution information on direct virus-host interactions. We identify 269 peptide-based interactions for 18 coronaviruses including a specific interaction between the human G3BP1/2 proteins and an ΦxFG peptide motif in the SARS-CoV-2 nucleocapsid (N) protein. This interaction supports viral replication and through its ΦxFG motif N rewires the G3BP1/2 interactome to disrupt stress granules. A peptide-based inhibitor disrupting the G3BP1/2-N interaction blocks SARS-CoV-2 infection showing that our results can be directly translated into novel specific antiviral reagents.

ABSTRACT The tripartite motif (TRIM) family of E3 ubiquitin ligases is well known for its roles in antiviral restriction and innate immunity regulation, in addition to many other cellular pathways. In particular, TRIM25-mediated ubiquitination affects both carcinogenesis and antiviral response. While individual substrates have been identified for TRIM25, it remains unclear how it regulates diverse processes. Here we characterized a mutation, R54P, critical for TRIM25 catalytic activity, which we successfully utilized to “trap” substrates. We demonstrated that TRIM25 targets proteins implicated in stress granule formation (G3BP1/2), nonsense-mediated mRNA decay (UPF1), and nucleoside synthesis (NME1). R54P abolishes TRIM25 inhibition of alphaviruses independently of the host interferon response, suggesting that this antiviral effect is a direct consequence of ubiquitination. Consistent with that, we observed diminished antiviral activity upon knockdown of several TRIM25-R54P specific interactors including NME1. Our findings highlight that multiple substrates mediate the cellular and antiviral activities of TRIM25, illustrating the multi-faceted role of this ubiquitination network in diverse biological processes.