Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is a highly transmissible coronavirus responsible for the global COVID-19 pandemic. Herein we provide evidence that SARS-CoV-2 spreads through cell-cell contact in cultures, mediated by the spike glycoprotein. SARS-CoV-2 spike is more efficient in facilitating cell-to-cell transmission than SARS-CoV spike, which reflects, in part, their differential cell-cell fusion activity. Interestingly, treatment of cocultured cells with endosomal entry inhibitors impairs cell-to-cell transmission, implicating endosomal membrane fusion as an underlying mechanism. Compared with cell-free infection, cell-to-cell transmission of SARS-CoV-2 is refractory to inhibition by neutralizing antibody or convalescent sera of COVID-19 patients. While ACE2 enhances cell-to-cell transmission, we find that it is not absolutely required. Notably, despite differences in cell-free infectivity, the variants of concern (VOC) B.1.1.7 and B.1.351 have similar cell-to-cell transmission capability. Moreover, B.1.351 is more resistant to neutralization by vaccinee sera in cell-free infection, whereas B.1.1.7 is more resistant to inhibition by vaccine sera in cell-to-cell transmission. Overall, our study reveals critical features of SARS-CoV-2 spike-mediated cell-to-cell transmission, with important implications for a better understanding of SARS-CoV-2 spread and pathogenesis.

Abstract The waning efficacy of SARS-CoV-2 vaccines combined with the continued emergence of variants resistant to vaccine-induced immunity has reignited debate over the need for booster vaccines. To address this, we examined the neutralizing antibody (nAb) response against four major SARS-CoV-2 variants—D614G, Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.351), and Delta (B.1.617.2)—in health care workers (HCWs) at pre-vaccination, post-first and post-second mRNA vaccine dose, and six months post-second mRNA vaccine dose. Neutralizing antibody titers against all variants, especially the Delta variant, declined dramatically from four weeks to six months post-second mRNA vaccine dose. Notably, SARS-CoV-2 infection enhanced vaccine durability, and mRNA-1273 vaccinated HCWs also exhibited ~2-fold higher nAb titers than BNT162b2 vaccinated HCWs. Together these results demonstrate possible waning of protection from infection against SARS-CoV-2 Delta variant based on decreased nAb titers, dependent on COVID-19 status and the mRNA vaccine received.

Abstract The newly emerged BA.2.75 SARS-CoV-2 variant exhibits an alarming 9 additional mutations in its spike (S) protein compared to the ancestral BA.2 variant. Here we examine the neutralizing antibody escape of BA.2.75 in mRNA-vaccinated and BA.1-infected individuals, as well as the molecular basis underlying functional changes in the S protein. Notably, BA.2.75 exhibits enhanced neutralization resistance over BA.2, but less than the BA.4/5 variant. The G446S and N460K mutations of BA.2.75 are primarily responsible for its enhanced resistance to neutralizing antibodies. The R493Q mutation, a reversion to the prototype sequence, reduces BA.2.75 neutralization resistance. The mutational impact is consistent with their locations in common neutralizing antibody epitopes. Further, the BA.2.75 variant shows enhanced cell-cell fusion over BA.2, driven largely by the N460K mutation, which enhances S processing. Structural modeling revealed a new receptor contact introduced by N460K, supporting a mechanism of potentiated receptor utilization and syncytia formation.

We investigate JN.1-derived subvariants SLip, FLiRT, and KP.2 for neutralization by antibodies in vaccinated individuals, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)-infected patients, or class III monoclonal antibody S309. Compared to JN.1, SLip, KP.2, and especially FLiRT exhibit increased resistance to bivalent-vaccinated and BA.2.86/JN.1-wave convalescent human sera. XBB.1.5 monovalent-vaccinated hamster sera robustly neutralize FLiRT and KP.2 but have reduced efficiency for SLip. All subvariants are resistant to S309 and show decreased infectivity, cell-cell fusion, and spike processing relative to JN.1. Modeling reveals that L455S and F456L in SLip reduce spike binding for ACE2, while R346T in FLiRT and KP.2 strengthens it. These three mutations, alongside D339H, alter key epitopes in spike, likely explaining the reduced sensitivity of these subvariants to neutralization. Our findings highlight the increased neutralization resistance of JN.1 subvariants and suggest that future vaccine formulations should consider the JN.1 spike as an immunogen, although the current XBB.1.5 monovalent vaccine could still offer adequate protection.

ABSTRACT The impact of healthy aging on molecular programming of immune cells is poorly understood. Here, we report comprehensive characterization of healthy aging in human classical monocytes, with a focus on epigenomic, transcriptomic, and proteomic alterations, as well as the corresponding proteomic and metabolomic data for plasma, using healthy cohorts of 20 young and 20 older individuals (~27 and ~64 years old on average). For each individual, we performed eRRBS-based DNA methylation profiling, which allowed us to identify a set of age-associated differentially methylated regions (DMRs) – a novel, cell-type specific signature of aging in DNA methylome. Optimized ultra-low-input ChIP-seq (ULI-ChIP-seq) data acquisition and analysis pipelines applied to 5 chromatin marks for each individual revealed lack of large-scale age-associated changes in chromatin modifications and allowed us to link hypo- and hypermethylated DMRs to distinct chromatin modification patterns. Specifically, hypermethylation events were associated with H3K27me3 in the CpG islands near promoters of lowly-expressed genes, while hypomethylated DMRs were enriched in H3K4me1 marked regions and associated with normal pattern of expression. Furthermore, hypo- and hypermethylated DMRs followed distinct functional and genetic association patterns. Hypomethylation events were associated with age-related increase of expression of the corresponding genes, providing a link between DNA methylation and age-associated transcriptional changes in primary human cells. Furthermore, these locations were also enriched in genetic regions associated by GWAS with asthma, total blood protein, hemoglobin levels and MS. On the other side, acceleration of epigenetic age in HIV and asthma stems only from changes in hypermethylated DMRs but not from hypomethylated loci.

ABSTRACT The rapid evolution of SARS-CoV-2 variants presents a constant challenge to the global vaccination effort. In this study, we conducted a comprehensive investigation into two newly emerged variants, BA.2.87.1 and JN.1, focusing on their neutralization resistance, infectivity, antigenicity, cell-cell fusion, and spike processing. Neutralizing antibody (nAb) titers were assessed in diverse cohorts, including individuals who received a bivalent mRNA vaccine booster, patients infected during the BA.2.86/JN.1-wave, and hamsters vaccinated with XBB.1.5-monovalent vaccine. We found that BA.2.87.1 shows much less nAb escape from WT-BA.4/5 bivalent mRNA vaccination and JN.1-wave breakthrough infection sera compared to JN.1 and XBB.1.5. Interestingly. BA.2.87.1 is more resistant to neutralization by XBB.15-monovalent-vaccinated hamster sera than BA.2.86/JN.1 and XBB.1.5, but efficiently neutralized by a class III monoclonal antibody S309, which largely fails to neutralize BA.2.86/JN.1. Importantly, BA.2.87.1 exhibits higher levels of infectivity, cell-cell fusion activity, and furin cleavage efficiency than BA.2.86/JN.1. Antigenically, we found that BA.2.87.1 is closer to the ancestral BA.2 compared to other recently emerged Omicron subvariants including BA.2.86/JN.1 and XBB.1.5. Altogether, these results highlight immune escape properties as well as biology of new variants and underscore the importance of continuous surveillance and informed decision-making in the development of effective vaccines.

The recent emergence of the SARS-CoV-2 BA.4/5 and BA.2.12.1 variants has led to rising COVID-19 case numbers and concerns over the continued efficacy of mRNA booster vaccination. Here we examine the durability of neutralizing antibody (nAb) responses against these SARS-CoV-2 Omicron subvariants in a cohort of health care workers 1-40 weeks after mRNA booster dose administration. Neutralizing antibody titers fell by ~1.5-fold 4-6 months and by ~2.5-fold 7-9 months after booster dose, with average nAb titers falling by 11-15% every 30 days, far more stable than two dose induced immunity. Notably, nAb titers from booster recipients against SARS-CoV-2 BA.1, BA.2.12.1, and BA.4/5 variants were ~4.7-, 7.6-, and 13.4-fold lower than against the ancestral D614G spike. However, the rate of waning of booster dose immunity was comparable across variants. Importantly, individuals reporting prior infection with SARS-CoV-2 exhibited significantly higher nAb titers compared to those without breakthrough infection. Collectively, these results highlight the broad and stable neutralizing antibody response induced by mRNA booster dose administration, implicating a significant role of virus evolution to evade nAb specificity, versus waning humoral immunity, in increasing rates of breakthrough infection.

Innate lymphoid cells (ILCs) were originally classified based on their cytokine profiles, placing natural killer (NK) cells and ILC1s together, but recent studies support their separation into different lineages at steady-state. However, tumors may induce NK cell conversion into ILC1-like cells that are limited to the tumor microenvironment and whether this conversion occurs beyond this environment remains unknown. Here we describe Toxoplasma gondii infection converts NK cells into cells resembling steady-state ILC1s that are heterogeneous and distinct from both steady-state NK cells and ILC1s in uninfected mice. Most toxoplasma-induced ILC1s were Eomes-dependent, indicating that NK cells can give rise to Eomes− Tbet-dependent ILC1-like cells that circulate widely and persist independent of ongoing infection. Moreover, these changes appear permanent, as supported by epigenetic analyses. Thus, these studies markedly expand current concepts of NK cells, ILCs, and their potential conversion.

SARS-CoV-2 variants derived from the immune evasive JN.1 are on the rise worldwide. Here, we investigated JN.1-derived subvariants SLip, FLiRT, and KP.2 for their ability to be neutralized by antibodies in bivalent-vaccinated human sera, XBB.1.5 monovalent-vaccinated hamster sera, sera from people infected during the BA.2.86/JN.1 wave, and class III monoclonal antibody (Mab) S309. We found that compared to parental JN.1, SLip and KP.2, and especially FLiRT, exhibit increased resistance to COVID-19 bivalent-vaccinated human sera and BA.2.86/JN.1-wave convalescent sera. Interestingly, antibodies in XBB.1.5 monovalent vaccinated hamster sera robustly neutralized FLiRT and KP.2 but had reduced efficiency for SLip. These JN.1 subvariants were resistant to neutralization by Mab S309. In addition, we investigated aspects of spike protein biology including infectivity, cell-cell fusion and processing, and found that these subvariants, especially SLip, had a decreased infectivity and membrane fusion relative to JN.1, correlating with decreased spike processing. Homology modeling revealed that L455S and F456L mutations in SLip reduced local hydrophobicity in the spike and hence its binding to ACE2. In contrast, the additional R346T mutation in FLiRT and KP.2 strengthened conformational support of the receptor-binding motif, thus counteracting the effects of L455S and F456L. These three mutations, alongside D339H, which is present in all JN.1 sublineages, alter the epitopes targeted by therapeutic Mabs, including class I and class III S309, explaining their reduced sensitivity to neutralization by sera and S309. Together, our findings provide insight into neutralization resistance of newly emerged JN.1 subvariants and suggest that future vaccine formulations should consider JN.1 spike as immunogen, although the current XBB.1.5 monovalent vaccine could still offer adequate protection.

Abstract Continued evolution of SARS-CoV-2 has led to the emergence of several new Omicron subvariants, including BQ.1, BQ. 1.1, BA.4.6, BF.7 and BA.2.75.2. Here we examine the neutralization resistance of these subvariants, as well as their ancestral BA.4/5, BA.2.75 and D614G variants, against sera from 3-dose vaccinated health care workers, hospitalized BA.1-wave patients, and BA.5-wave patients. We found enhanced neutralization resistance in all new subvariants, especially the BQ.1 and BQ.1.1 subvariants driven by a key N460K mutation, and to a lesser extent, R346T and K444T mutations, as well as the BA.2.75.2 subvariant driven largely by its F486S mutation. The BQ.1 and BQ.1.1 subvariants also exhibited enhanced fusogenicity and S processing dictated by the N460K mutation. Interestingly, the BA.2.75.2 subvariant saw an enhancement by the F486S mutation and a reduction by the D1199N mutation to its fusogenicity and S processing, resulting in minimal overall change. Molecular modelling revealed the mechanisms of receptor-binding and non-receptor binding monoclonal antibody-mediated immune evasion by R346T, K444T, F486S and D1199N mutations. Altogether, these findings shed light on the concerning evolution of newly emerging SARS-CoV-2 Omicron subvariants.