Striking antibody evasion by emerging circulating SARS-CoV-2 variants drives the identification of broadly neutralizing antibodies (bNAbs). However, how a bNAb acquires increased neutralization breadth during antibody evolution is still elusive. Here, we identified a clonally-related antibody family from a convalescent individual. One of the members, XG005, exhibited potent and broad neutralizing activities against SARS-CoV-2 variants, while the other members showed significant reductions in neutralization breadth and potency, especially against the Omicron sublineages. Structural analysis visualizing the XG005-Omicron spike binding interface revealed how crucial somatic mutations endowed XG005 with greater neutralization potency and breadth. A single administration of XG005 with extended half-life, reduced antibody-dependent enhancement (ADE) effect, and increased antibody product quality, exhibited a high therapeutic efficacy in BA.2- and BA.5-challenged mice. Our results provided a natural example to show the importance of somatic hypermutation during antibody evolution for SARS-CoV-2 neutralization breadth and potency.

ABSTRACT Cancer stem cells (CSCs) initiate tumors, resist treatment, and seed lethal metastases; yet CSC-specific treatments are lacking. Aggressive, treatment-resistant triple-negative breast cancers (TNBC) exhibit WNT pathway activation and are CSC enriched. Here, we show that Limb-Bud- and-Heart (LBH), a WNT/β-catenin target required for normal mammary stem cell self-renewal, marks poor prognosis, stem-like TNBC, and is a key controller of breast cancer stemness. LBH is specifically expressed in tumor-initiating CD44 + CD24 -/low breast CSCs. LBH overexpression confers stem-like, metastatic traits on both TNBC and luminal origin, non-TNBC breast cancer cells by activating stem cell transcriptional programs. Importantly, silencing LBH potently suppresses tumor initiation and metastasis in vivo , and sensitizes TNBC cells to chemotherapy. LBH knockout in the MMTV-Wnt1 breast cancer mouse model, furthermore, revealed LBH is required for WNT-driven breast CSC expansion. Our findings identify LBH as an essential CSC driver downstream of WNT, and a new molecular target for anti-cancer stem cell therapy.

ABSTRACT Biomolecular machines are complex macromolecular assemblies that utilize thermal and chemical energy to perform essential, multistep, cellular processes. Despite possessing different architectures and functions, an essential feature of the mechanisms-of-action of all such machines is that they require dynamic rearrangements of structural components. Surprisingly, biomolecular machines generally possess only a limited set of such motions, suggesting that these dynamics must be repurposed to drive different mechanistic steps. Although ligands that interact with these machines are known to drive such repurposing, the physical and structural mechanisms through which ligands achieve this remain unknown. Using temperature-dependent, single-molecule measurements analyzed with a time-resolution-enhancing algorithm, here we dissect the free energy landscape of an archetypal biomolecular machine, the bacterial ribosome, to reveal how its dynamics are repurposed to drive distinct steps during ribosome-catalyzed protein synthesis. Specifically, we show that the free energy landscape of the ribosome encompasses a network of allosterically coupled structural elements that coordinates the motions of these elements. Moreover, we reveal that ribosomal ligands which participate in disparate steps of the protein synthesis pathway repurpose this network by differentially modulating the structural flexibility of the ribosomal complex (i.e., the entropic component of the free energy landscape). We propose that such ligand-dependent entropic control of free energy landscapes has evolved as a general strategy through which ligands may regulate the functions of all biomolecular machines. Such entropic control is therefore an important driver in the evolution of naturally occurring biomolecular machines and a critical consideration for the design of synthetic molecular machines.

ABSTRACT The COVID-19 disease caused by infection with SARS-CoV-2 and its variants is devastating to the global public health and economy. To date, over a hundred COVID-19 vaccines are known to be under development and the few that have been approved to fight the disease are using the spike protein as the primary target antigen. Although virus neutralizing epitopes are mainly located within the RBD of the spike protein, the presence of T cell epitopes, particularly the CTL epitopes that are likely to be needed for killing infected cells, has received comparatively little attention. In this study, we predicted several potential T cell epitopes with web-based analytic tools, and narrowed them down from several potential MHC-I and MHC-II epitopes by ELIspot and cytolytic assays to a conserved MHC-I epitope. The epitope is highly conserved in current viral variants including the most recent Omicron and compatible with presentation by most HLA alleles worldwide. In conclusion, we identified a CTL epitope suitable for evaluating the CD8+ T cell-mediated cellular response and potentially for addition into future COVID-19 vaccine candidates to maximize CTL responses against SARS-CoV-2.

ABSTRACT Breakthrough infections by SARS-CoV-2 variants pose a global challenge to pandemic control, and the development of more effective vaccines of broadspectrum protection is needed. In this study, we constructed pVAX1-based plasmids encoding heterodimeric receptor-binding domain (RBD) chimera of SARS-CoV and SARS-CoV-2 Omicron BA.1 (RBD SARS/BA1 ), SARS-CoV and SARS-CoV-2 Beta (RBD SARS/Beta ), or Omicron BA.1 and Beta (RBD BA1/Beta ) in secreted form. When i.m. injected in mice, RBD SARS/BA1 and RBD SARS/Beta encoding plasmids (pAD1002 and pAD131, respectively) were by far more immunogenic than RBD BA1/Beta plasmid (pAD1003). Dissolvable microneedle array patches (MAP) laden with these DNA plasmids were fabricated. All 3 resulting MAP-based vaccine candidates, namely MAP-1002, MAP1003 and MAP-131, were comparable to i.m. inoculated plasmids with electroporation assistance in eliciting strong and durable IgG responses in BALB/c and C57BL/6 mice as well as rabbits, while MAP-1002 was comparatively the most immunogenic. More importantly, MAP-1002 significantly outperformed inactivated SARS-CoV-2 virus vaccine in inducing RBD-specific IFN-γ + T cells. Moreover, MAP-1002 antisera effectively neutralized pseudoviruses displaying spike proteins of SARS-CoV, prototype SARS-CoV-2 or Beta, Delta, Omicron BA1, BA2 and BA4/5 variants. Collectively, MAP-based DNA constructs encoding chimeric RBDs of SARS-CoV and SARS-CoV-2 variants, as represented by MAP-1002, are potential COVID-19 vaccine candidates worthy further translational study.

Abstract RAD54 family DNA translocases partner with RAD51 recombinases to ensure stable genome inheritance, exhibiting biochemical activities both in promoting recombinase removal and in stabilizing recombinase association with DNA. Understanding how such disparate activities of RAD54 paralogs align with their biological roles is an ongoing challenge. Here we investigate the in vivo functions of C. elegans RAD54 paralogs RAD-54.L and RAD-54.B during meiotic prophase, revealing distinct contributions to the dynamics of RAD-51 association with DNA and to the progression of meiotic double-strand break repair (DSBR). While RAD-54.L is essential for RAD-51 removal from meiotic DSBR sites to enable recombination progression, RAD-54.B is largely dispensable for meiotic DSBR. However, RAD-54.B is required to prevent hyperaccumulation of RAD-51 on unbroken DNA during a key meiotic sub-stage when protein kinase CHK-2 is active. Moreover, DSB-independent hyperaccumulation of RAD-51 foci in the absence of RAD-54.B is RAD-54.L-dependent, revealing a hidden activity of RAD-54.L in promoting promiscuous RAD-51 association that is antagonized by RAD-54.B. We propose a model wherein a division of labor among RAD-54 paralogs allows germ cells to ramp up their capacity for efficient homologous recombination that is crucial to successful meiosis while counteracting potentially deleterious effects of unproductive RAD-51 association with unbroken DNA.

Abstract Organelle-derived nuclear DNAs, nuclear plastid DNAs (NUPTs) and nuclear mitochondrial DNAs (NUMTs), have been identified in plants. Most, if not all, genes residing in NUPTs/NUMTs (NUPGs/NUMGs) are known to be inactivated and pseudogenized. However, the role of epigenetic control in silencing NUPGs/NUMGs and the dynamic evolution of NUPTs/NUMTs with respect to organismal phylogeny remain barely explored. Based on the available nuclear and organellar genomic resources of the Triticum/Aegilops complex species, we investigated the evolutionary fates of NUPTs/NUMTs in terms of their epigenetic silencing and their dynamic occurrence rates in the nuclear diploid genomes and allopolyploid subgenomes. NUPTs and NUMTs possessed similar genomic atlas, including preferential integration to the transposable element-rich intergenic regions and generating sequence variations in the nuclear genome. The global transcriptional silencing of NUPGs/NUMGs with disrupted and intact open reading frames can be mainly attributed to their repressive chromatin states, namely high levels of DNA methylation and low levels of active histone modifications. Phylogenomic analyses suggested that the species-specific and gradual accumulation of NUPTs/NUMTs accompanied the speciation processes. Moreover, based on further pan-genomic analyses, we found significant subgenomic asymmetry in the NUPT/NUMT occurrence, which accumulated during allopolyploid wheat evolution. Our findings provide novel insights into the dynamic evolutionary fates of organelle-derived nuclear DNA in plants.

To identify open chromatin regions and transcription factor (TF) binding sites is an important step in understanding the regulation of gene expression. The lack of experimentally determined and computationally inferred data means that the genome-wide cis-regulatory elements (CREs) and TF binding sites in filamentous fungi remain unknown. ATAC-seq is a technique that provides a high-resolution measurement of chromatin accessibility to Tn5 transposase integration. In filamentous fungi, the existence of cell walls and the difficulty in purifying nuclei have prevented the routine application of this technique. Herein, we successfully constructed the ATAC-seq protocol for filamentous fungi, which 16 Aspergillus niger and 6 Aspergillus oryzae ATAC-seq libraries were constructed with high reproducibility. We applied the assay for filamentous fungi ATAC-seq to delineate the syntenic orthologues regions and differential changes regions in chromatin accessibility among different Aspergillus species, during different culture conditions, and among TF-deficient strains. The syntenic orthologues of accessible regions were responsible for the conservative function across Aspergillus species, while differential changes regions induced by different culture conditions and deficitive TFs drove the differential gene expression. Importantly, We firstly constructed the genomic footprints data in vivo identified from ATAC-seq data of A. niger, and then novel transcription factor binding motifs database could be enriched by comparing footprints of TF-deficient strains with the data from a wild-type strain. Novel transcription factor binding motifs were verified in vivo by our artifical synthetic minimal promoter system. Furthermore, we first confirmed the strand-specific patterns of Tn5 transposase around the TF binding sites.

Abstract Animals are exposed to different visual stimuli that influence how they perceive and interact with their environment. Visual information such as shape and colour can help the animal detect, discriminate and make appropriate behavioural decisions for mate selection, communication, camouflage, and foraging. In all major vertebrate groups, it has been shown that certain species can discriminate and prefer certain colours and that colours may increase the response to a stimulus. However, because colour is often studied together with other potentially confounding factors, it is still unclear to what extent colour discrimination plays a crucial role in the perception of and attention towards biologically relevant and irrelevant stimuli. To address these questions in reptiles, we assessed the response of three gecko species Correlophus ciliatus, Eublepharis macularius , and Phelsuma laticauda to familiar and novel 2D images in colour or grayscale. We found that while all species responded more often to the novel than to the familiar images, colour information did not influence object discrimination. We also found that the duration of interaction with images was significantly longer for the diurnal species, P. laticauda , than for the two nocturnal species, but this was independent from colouration. Finally, no differences among sexes were observed within or across species. Our results indicate that geckos discriminate between 2D images of different content independent of colouration, suggesting that colouration does not increase detectability or intensity of the response. These results are essential for uncovering which visual stimuli produce a response in animals and furthering our understanding of how animals use colouration and colour vision.

Currently, COVID-19 caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has been widely spread around the world; nevertheless, so far there exist no specific antiviral drugs for treatment of the disease, which poses great challenge to control and contain the virus. Here, we reported a research finding that SARS-CoV-2 invaded host cells via a novel route of CD147-spike protein (SP). SP bound to CD147, a receptor on the host cells, thereby mediating the viral invasion. Our further research confirmed this finding. First, in vitro antiviral tests indicated Meplazumab, an anti-CD147 humanized antibody, significantly inhibited the viruses from invading host cells, with an EC50 of 24.86 μg/mL and IC50 of 15.16 μg/mL. Second, we validated the interaction between CD147 and SP, with an affinity constant of 1.85E-07M. Co-Immunoprecipitation and ELISA also confirmed the binding of the two proteins. Finally, the localization of CD147 and SP was observed in SARS-CoV-2 infected Vero E6 cells by immuno-electron microscope. Therefore, the discovery of the new route CD147-SP for SARS-CoV-2 invading host cells provides a critical target for development of specific antiviral drugs.