ABSTRACT SARS-CoV-2 Spike-specific antibodies contribute the majority of the neutralizing activity in most convalescent human sera. Two SARS-CoV-2 variants, N501Y.V1 (also known as B.1.1.7 lineage or VOC-202012/01) and N501Y.V2 (B.1.351 lineage), reported from the United Kingdom and South Africa, contain several mutations in the receptor binding domain of Spike and are of particular concern. To address the infectivity and neutralization escape phenotypes potentially caused by these mutations, we used SARS-CoV-2 pseudovirus system to compare the viral infectivity, as well as the neutralization activities of convalescent sera and monoclonal antibodies (mAbs) against SARS-CoV-2 variants. Our results showed that N501Y Variant 1 and Variant 2 increase viral infectivity compared to the reference strain (wild-type, WT) in vitro . At 8 months after symptom onset, 17 serum samples of 20 participants (85%) retaining titers of ID 50 >40 against WT pseudovirus, whereas the NAb titers of 8 samples (40%) and 18 samples (90%) decreased below the threshold against N501Y.V1 and N501Y.V2, respectively. In addition, both N501Y Variant 1 and Variant 2 reduced neutralization sensitivity to most (6/8) mAbs tested, while N501Y.V2 even abrogated neutralizing activity of two mAbs. Taken together the results suggest that N501Y.V1 and N501Y.V2 reduce neutralization sensitivity to some convalescent sera and mAbs.

Abstract Neutralizing antibodies (Abs) have been considered as promising therapeutics for the prevention and treatment of pathogens. After the outbreak of COVID-19, potent neutralizing Abs to SARS-CoV-2 were promptly developed, and a few of those neutralizing Abs are being tested in clinical studies. However, there were few methodologies detailly reported on how to rapidly and efficiently generate neutralizing Abs of interest. Here, we present a strategically optimized method for precisive screening of neutralizing monoclonal antibodies (mAbs), which enabled us to identify SARS-CoV-2 receptor-binding domain (RBD) specific Abs within 4 days, followed by another 2 days for neutralization activity evaluation. By applying the screening system, we obtained 198 Abs against the RBD of SARS-CoV-2. Excitingly, we found that approximately 50% (96/198) of them were candidate neutralizing Abs in a preliminary screening of SARS-CoV-2 pseudovirus and 20 of these 96 neutralizing Abs were confirmed with high potency. Furthermore, 2 mAbs with the highest neutralizing potency were identified to block authentic SARS-CoV-2 with the half-maximal inhibitory concentration (IC50) at concentrations of 9.88 ng/ml and 11.13 ng/ml. In this report, we demonstrated that the optimized neutralizing Abs screening system is useful for the rapid and efficient discovery of potent neutralizing Abs against SARS-CoV-2. Our study provides a methodology for the generation of preventive and therapeutic antibody drugs for emerging infectious diseases.

Abstract The spread of SARS-CoV-2 confers a serious threat to the public health without effective intervention strategies 1–3 . Its variant carrying mutated Spike (S) protein D614G (S D614G ) has become the most prevalent form in the current global pandemic 4,5 . We have identified a large panel of potential neutralizing antibodies (NAbs) targeting the receptor-binding domain (RBD) of SARS-CoV-2 S 6 . Here, we focused on the top 20 potential NAbs for the mechanism study. Of them, the top 4 NAbs could individually neutralize both authentic SARS-CoV-2 and S D614G pseudovirus efficiently. Our epitope mapping revealed that 16/20 potent NAbs overlapped the same steric epitope. Excitingly, we found that one of these potent NAbs (58G6) exclusively bound to a linear epitope on S-RBD (termed as 58G6e), and the interaction of 58G6e and the recombinant ACE2 could be blocked by 58G6. We confirmed that 58G6e represented a key site of vulnerability on S-RBD and it could positively react with COVID-19 convalescent patients’ plasma. We are the first, as far as we know, to provide direct evidences of a linear epitope that can be recognized by a potent NAb against SARS-CoV-2 S-RBD. This study paves the way for the applications of these NAbs and the potential safe and effective vaccine design.

Abstract A new detected SARS-CoV-2 variant Omicron (B.1.1.529) had reported from more than 80 countries. In the past few weeks, a new wave of infection driven by Omicron is in progress. Omicron Spike (S) protein pseudotyped virus was used to determine the effect of S mutations on its capacity of infectivity and immune evasion. Our results showed the lower entry efficiency and less cleavage ability of Omicron than D614G variant. Pseudotype-based neutralizing assay was performed to analyze neutralizing antibodies elicited by previously infection or the RBD-based protein subunit vaccine ZF2001 against the Omicron variant. Sera sampled at around one month after symptom onset from 12 convalescents who were previously infected by SARS-CoV-2 original strain shows a more than 20-fold decrease of neutralizing activity against Omicron variant, when compared to D614G variant. Among 12 individuals vaccinated by RBD subunit vaccine, 58.3% (7/12) sera sampled at 15-60 days after 3rd-dose vaccination did not neutralize Omicron. Geometric mean titers (GMTs, 50% inhibitory dose [ID50]) of these sera against Omicron were 9.4-fold lower than against D614G. These results suggested a higher risk of Omicron breakthrough infections and reduced efficiency of the protective immunity elicited by existing vaccines. There are important implications about the modification and optimization of the current epidemic prevention and control including vaccine strategies and therapeutic antibodies against Omicron variant.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). The Spike protein that mediates coronavirus entry into host cells is a major target for COVID-19 vaccines and antibody therapeutics. However, multiple variants of SARS-CoV-2 have emerged, which may potentially compromise vaccine effectiveness. Using a pseudovirus-based assay, we evaluated SARS-CoV-2 cell entry mediated by the viral Spike B.1.617 and B.1.1.7 variants. We also compared the neutralization ability of monoclonal antibodies from convalescent sera and neutralizing antibodies (NAbs) elicited by CoronaVac (inactivated vaccine) and ZF2001 (RBD-subunit vaccine) against B.1.617 and B.1.1.7 variants. Our results showed that, compared to D614G and B.1.1.7 variants, B.1.617 shows enhanced viral entry and membrane fusion, as well as more resistant to antibody neutralization. These findings have important implications for understanding viral infectivity and for immunization policy against SARS-CoV-2 variants.

Abstract Accumulating mutations in the SARS-CoV-2 Spike (S) protein can increase the possibility of immune escape, challenging the present COVID-19 prophylaxis and clinical interventions. Here, 3 receptor binding domain (RBD) specific monoclonal antibodies (mAbs), 58G6, 510A5 and 13G9, with high neutralizing potency blocking authentic SARS-CoV-2 virus displayed remarkable efficacy against authentic B.1.351 virus. Each of these 3 mAbs in combination with one neutralizing Ab recognizing non-competing epitope exhibited synergistic effect against authentic SARS-CoV-2 virus. Surprisingly, structural analysis revealed that 58G6 and 13G9, encoded by the IGHV1-58 and the IGKV3-20 germline genes, both recognized the steric region S 470-495 on the RBD, overlapping the E484K mutation presented in B.1.351. Also, 58G6 directly bound to another region S 450-458 in the RBD. Significantly, 58G6 and 510A5 both demonstrated prophylactic efficacy against authentic SARS-CoV-2 and B.1.351 viruses in the transgenic mice expressing human ACE2 (hACE2), protecting weight loss and reducing virus loads. These 2 ultrapotent neutralizing Abs can be promising candidates to fulfill the urgent needs for the prolonged COVID-19 pandemic.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19) caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is a major public health issue. To screen for antiviral drugs for COVID-19 treatment, we constructed a SARS-CoV-2 spike (S) pseudovirus system using an HIV-1-based lentiviral vector with a luciferase reporter gene to screen 188 small potential antiviral compounds. Using this system, we identified nine compounds, specifically, bis-benzylisoquinoline alkaloids, that potently inhibited SARS-CoV-2 pseudovirus entry, with EC 50 values of 0.1–10 μM. Mechanistic studies showed that these compounds, reported as calcium channel blockers (CCBs), inhibited Ca 2+ -mediated membrane fusion and consequently suppressed coronavirus entry. These candidate drugs showed broad-spectrum efficacy against the entry of several coronavirus pseudotypes (SARS-CoV, MERS-CoV, SARS-CoV-2 [S-D614, S-G614, N501Y.V1 and N501Y.V2]) in different cell lines (293T, Calu-3, and A549). Antiviral tests using native SARS-CoV-2 in Vero E6 cells confirmed that four of the drugs (SC9/cepharanthine, SC161/hernandezine, SC171, and SC185/neferine) reduced cytopathic effect and supernatant viral RNA load. Among them, cepharanthine showed the strongest anti-SARS-CoV-2 activity. Collectively, this study offers new lead compounds for coronavirus antiviral drug discovery.

Viruses hijack the host cell machinery to promote viral replication; however, the mechanism by which metabolic reprogramming regulates innate antiviral immunity in the host remains elusive. Herein, we found that Hepatitis B virus (HBV) infection upregulates glucose transporter 1expression, promotes hexosamine biosynthesis pathway (HBP) activity, and enhances O-linked ?-N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) modification of downstream proteins. HBP-mediated O-GlcNAcylation positively regulates host antiviral response against HBV in vitro and in vivo. Mechanistically, O-GlcNAc transferase (OGT)-mediated O-GlcNAcylation of sterile alpha motif and histidine/aspartic acid domain-containing protein 1 (SAMHD1) on Ser93 stabilizes SAMHD1 and enhances its antiviral activity. In addition, O-GlcNAcylation of SAMHD1 promoted its antiviral activity against human immunodeficiency virus-1 in vitro. In conclusion, the results of our study reveal a link between HBP, O-GlcNAc modification, and innate antiviral immunity by targeting SAMHD1. Therefore, the results of this study demonstrate a strategy for the potential treatment of HBV infection by modulating HBP activity.

Abstract Accurate disease module is helpful in understanding the molecular mechanism of disease causation and identifying drug target. However, for the fragmentization of disease module in incomplete human interactome, how to determine connectivity pattern and detect a full neighbourhood of disease is an open problem. In this paper, a topology-based method is developed to dissect the connectivity of intermediate nodes and edges and form a succinct disease module. By applying this Connect separate Connected Components (CCC, C3) method on a large corpus of curated diseases, we find that most Separate Connected Components (SCCs) formed by Disease-Associated Proteins (DAPs) can be connected into a well-connected component as a succinct observable module. This pattern also holds for altered genes from multi-omics data such as The Cancer Genome Atlas. Overall, C3 tool can not only inspire a deeper understanding of interconnectedness of phenotypically related genes and different omics data, but also be used to detect a well-defined neighbourhood that drives complex pathological processes.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). The spike (S) protein that mediates SARS-CoV-2 entry into host cells is a major target for vaccines and therapeutics. Thus, insights into its sequence variations are key to understanding the infection and antigenicity of SARS-CoV-2. A dominant mutational variant at position 614 of the S protein (aspartate to glycine, D614G mutation) was observed in the SARS-CoV-2 genome sequence obtained from the Nextstrain database. Using a pseudovirus-based assay, we identified that S-D614 and S-G614 protein pseudotyped viruses share a common receptor, human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), which could be blocked by recombinant ACE2 with the fused Fc region of human IgG1. However, S-D614 and S-G614 protein demonstrated functional differences. First, S-G614 protein could be cleaved by serine protease elastase-2 more efficiently. Second, S-G614 pseudovirus infected 293T-ACE2 cells significantly more efficiently than did the S-D614 pseudovirus, especially in the presence of elastase-2. Third, an elastase inhibitor approved for clinical use blocked elastase-enhanced S-G614 pseudovirus infection. Moreover, 93% (65/70) convalescent sera from patients with COVID-19 could neutralize both S-D614 and S-G614 pseudoviruses with comparable efficiencies, but about 7% (5/70) convalescent sera showed reduced neutralizing activity against the S-G614 pseudovirus. These findings have important implications for SARS-CoV-2 transmission and immune interventions.