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 Neutralizing antibodies (NAbs) can prevent and treat infections caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). However, continuously emerging variants, such as Omicron, have significantly reduced the potency of most known NAbs. The selection of NAbs with broad neutralizing activities and the identification of conserved critical epitopes are still urgently needed. Here, we identified an extremely potent antibody (55A8) by single B-cell sorting from convalescent SARS-CoV-2-infected patients that recognized the receptor-binding domain (RBD) in the SARS-CoV-2 spike (S) protein. 55A8 could bind to wild-type SARS-CoV-2, Omicron BA.1 and Omicron BA.2 simultaneously with 58G6, a NAb previously identified by our group. Importantly, an antibody cocktail containing 55A8 and 58G6 (2-cocktail) showed synergetic neutralizing activity with a half-maximal inhibitory concentration (IC 50 ) in the picomolar range in vitro and prophylactic efficacy in hamsters challenged with Omicron (BA.1) through intranasal delivery at an extraordinarily low dosage (25 μg of each antibody daily) at 3 days post-infection. Structural analysis by cryo-electron microscopy (cryo-EM) revealed that 55A8 is a Class III NAb that recognizes a highly conserved epitope. It could block angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) binding to the RBD in the S protein trimer via steric hindrance. The epitopes in the RBD recognized by 55A8 and 58G6 were found to be different and complementary, which could explain the synergetic mechanism of these two NAbs. Our findings not only provide a potential antibody cocktail for clinical use against infection with current SARS-CoV-2 strains and future variants but also identify critical epitope information for the development of better antiviral agents.

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 Nonalcoholic steatohepatitis (NASH) is a chronic liver disease characterized by hepatic lipid accumulation, inflammation, and progressive fibrosis. We demonstrated that phosphoenolpyruvate carboxykinase 1 (PCK1) plays a central role in NASH progression. Mice with liver Pck1 deficiency fed a normal diet displayed hepatic lipid disorder and liver injury, whereas fibrosis and inflammation were aggravated in mice fed a NASH diet. Forced expression of PCK1 by adeno-associated virus in the liver ameliorated NASH in mice. PCK1 deficiency stimulated lipogenic gene expression and lipid synthesis. Moreover, loss of hepatic PCK1 activated the RhoA/PI3K/AKT pathway by increasing intracellular GTP levels, increasing secretion of platelet-derived growth factor-AA (PDGF-AA), and promoting hepatic stellate cell activation. Treatment with RhoA and AKT inhibitors or gene silencing of RhoA or AKT1 alleviated NASH progression in vivo . Hepatic PCK1 deficiency may be important in hepatic steatosis and fibrosis development through paracrine secretion of PDGF-AA, highlighting a therapeutic strategy for NASH.

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 The currently dominant variant of SARS-CoV-2 Omicron, carrying a great number of mutations, has been verified its strong capacity of immune escape in COVID-19 convalescents and vaccinated individuals. An increased risk of SARS-CoV-2 reinfection or breakthrough infection should be concerned. Here we reported higher humoral immune response elicited by Delta and Omicron variants after breaking through previous infection and cross-neutralization against VOCs, compared to the ancestral wild-type (WT) virus infection. To overcome the immune escape of Omicron, Omicron-specific vaccine was considered as a novel and potential strategy. Mouse models were used to verify whether Omicron-specific RBD subunit boost immune response by immunizing Omicron-RBD recombinant proteins. Three doses of Omicron-RBD immunization elicit comparable neutralizing antibody (NAb) titers with three doses of WT-RBD immunization, but the neutralizing activity was not cross-active. By contrast, two doses of WT-RBD with an Omicron-RBD booster increased the NAb geometric mean titers against Omicron by 9 folds. Moreover, an additional boost vaccination with Omicron-RBD protein could increase humoral immune response against both WT and current VOCs. These results suggest that the Omicron-specific subunit booster shows its advantages in the immune protection from both WT and current VOCs, and that SARS-CoV-2 vaccines administration using two or more virus lineages as antigens might improve the NAb response.

Abstract Increasing evidence supports that ferroptosis plays an important role in tumor growth inhibition. Sorafenib, originally identified as an inhibitor of multiple oncogenic kinases, has been shown to induce ferroptosis in hepatocellular carcinoma (HCC). However, some hepatoma cell lines are less sensitive to sorafenib-induced ferroptotic cell death. Glutathione S-transferase zeta 1 (GSTZ1), an enzyme in the catabolism of phenylalanine, has been found to negatively regulate the master regulator of cellular redox homeostasis nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2). This study aimed to investigate the role of GSTZ1 in sorafenib-induced ferroptosis in HCC cell lines and determine the involved molecular mechanisms. Mechanistically, GSTZ1 depletion enhanced the activation of the NRF2 pathway and increased the glutathione peroxidase 4 (GPX4) level, thereby suppressing sorafenib-induced ferroptosis. The combination of sorafenib and RSL3, a GPX4 inhibitor, significantly inhibited GSTZ1 deficient cell viability and promoted ferroptosis, accompanied with ectopic increases of iron and lipid peroxides. An in vivo experiment showed that the combination of sorafenib and RSL3 had a synergic therapeutic effect on HCC progression in Gstz1 −/− mice. In conclusion, GSTZ1 was significantly downregulated in sorafenib resistant hepatoma cells. GSTZ1 enhanced sorafenib-induced ferroptosis by inhibiting the NRF2/GPX4 axis in HCC cells. GSTZ1 deficiency was resistant to sorafenib-induced ferroptosis and is, therefore, a potential therapeutic approach for treating HCC by synergizing sorafenib and RSL3 to induce ferroptosis.