Severe acute respiratory syndrome–coronavirus 2 (SARS-Cov-2) has caused over 13,000,000 cases of coronavirus disease (COVID-19) with a significant fatality rate. Laboratory mice have been the stalwart of therapeutic and vaccine development; however, they do not support infection by SARS-CoV-2 due to the virus’s inability to use the mouse orthologue of its human entry receptor angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2). While hACE2 transgenic mice support infection and pathogenesis, these mice are currently limited in availability and are restricted to a single genetic background. Here we report the development of a mouse model of SARS-CoV-2 based on adeno-associated virus (AAV)–mediated expression of hACE2. These mice support viral replication and exhibit pathological findings found in COVID-19 patients. Moreover, we show that type I interferons do not control SARS-CoV-2 replication in vivo but are significant drivers of pathological responses. Thus, the AAV-hACE2 mouse model enables rapid deployment for in-depth analysis following robust SARS-CoV-2 infection with authentic patient-derived virus in mice of diverse genetic backgrounds.

Immune surveillance against pathogens and tumours in the central nervous system is thought to be limited owing to the lack of lymphatic drainage. However, the characterization of the meningeal lymphatic network has shed light on previously unappreciated ways that an immune response can be elicited to antigens that are expressed in the brain1-3. Despite progress in our understanding of the development and structure of the meningeal lymphatic system, the contribution of this network in evoking a protective antigen-specific immune response in the brain remains unclear. Here, using a mouse model of glioblastoma, we show that the meningeal lymphatic vasculature can be manipulated to mount better immune responses against brain tumours. The immunity that is mediated by CD8 T cells to the glioblastoma antigen is very limited when the tumour is confined to the central nervous system, resulting in uncontrolled tumour growth. However, ectopic expression of vascular endothelial growth factor C (VEGF-C) promotes enhanced priming of CD8 T cells in the draining deep cervical lymph nodes, migration of CD8 T cells into the tumour, rapid clearance of the glioblastoma and a long-lasting antitumour memory response. Furthermore, transfection of an mRNA construct that expresses VEGF-C works synergistically with checkpoint blockade therapy to eradicate existing glioblastoma. These results reveal the capacity of VEGF-C to promote immune surveillance of tumours, and suggest a new therapeutic approach to treat brain tumours.

Abstract Severe Acute Respiratory Syndrome-Coronavirus 2 (SARS-Cov-2) has caused over 5,000,000 cases of Coronavirus disease (COVID-19) with significant fatality rate. 1–3 Due to the urgency of this global pandemic, numerous therapeutic and vaccine trials have begun without customary safety and efficacy studies. 4 Laboratory mice have been the stalwart of these types of studies; however, they do not support infection by SARS-CoV-2 due to the inability of its spike (S) protein to engage the mouse ortholog of its human entry receptor angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2). While hACE2 transgenic mice support infection and pathogenesis, 5 these mice are currently limited in availability and are restricted to a single genetic background. Here we report the development of a mouse model of SARS-CoV-2 based on adeno associated virus (AAV)-mediated expression of hACE2. These mice support viral replication and antibody production and exhibit pathologic findings found in COVID-19 patients as well as non-human primate models. Moreover, we show that type I interferons are unable to control SARS-CoV2 replication and drive pathologic responses. Thus, the hACE2-AAV mouse model enables rapid deployment for in-depth analysis following robust SARS-CoV-2 infection with authentic patient-derived virus in mice of diverse genetic backgrounds. This represents a much-needed platform for rapidly testing prophylactic and therapeutic strategies to combat COVID-19.

Abstract The eye, an anatomical extension of the central nervous system (CNS), exhibits many molecular and cellular parallels to the brain. Emerging research demonstrates that changes in the brain are often reflected in the eye, particularly in the retina 1 . Still, the possibility of an immunological nexus between the posterior eye and the rest of the CNS tissues remains unexplored. Here, studying immune responses to herpes simplex virus in the brain, we observed that intravitreal immunization protects mice against intracranial viral challenge. This protection extended to bacteria and even tumours, allowing therapeutic immune responses against glioblastoma through intravitreal immunization. We further show that the anterior and posterior compartments of the eye have distinct lymphatic drainage systems, with the latter draining to the deep cervical lymph nodes through lymphatic vasculature in the optic nerve sheath. This posterior lymphatic drainage, like that of meningeal lymphatics, could be modulated by the lymphatic stimulator VEGFC. Conversely, we show that inhibition of lymphatic signalling on the optic nerve could overcome a major limitation in gene therapy by diminishing the immune response to adeno-associated virus and ensuring continued efficacy after multiple doses. These results reveal a shared lymphatic circuit able to mount a unified immune response between the posterior eye and the brain, highlighting an understudied immunological feature of the eye and opening up the potential for new therapeutic strategies in ocular and CNS diseases.

As SARS-CoV-2 continues to cause morbidity and mortality around the world, there is an urgent need for the development of effective medical countermeasures. Here, we assessed the antiviral capacity of a minimal RIG-I agonist, stem-loop RNA 14 (SLR14), in viral control, disease prevention, post-infection therapy, and cross-variant protection in mouse models of SARS-CoV-2 infection. A single dose of SLR14 prevented viral replication in the lower respiratory tract and development of severe disease in a type I interferon (IFN-I) dependent manner. SLR14 demonstrated remarkable protective capacity against lethal SARS-CoV-2 infection when used prophylactically and retained considerable efficacy as a therapeutic agent. In immunodeficient mice carrying chronic SARS-CoV-2 infection, SLR14 elicited near-sterilizing innate immunity by inducing IFN-I responses in the absence of the adaptive immune system. In the context of infection with variants of concern (VOC), SLR14 conferred broad protection and uncovered an IFN-I resistance gradient across emerging VOC. These findings demonstrate the therapeutic potential of SLR14 as a host-directed, broad-spectrum antiviral for early post-exposure treatment and for treatment of chronically infected immunosuppressed patients.

As the SARS-CoV-2 pandemic enters its third year, vaccines that not only prevent disease, but also prevent transmission are needed to help reduce global disease burden. Currently approved parenteral vaccines induce robust systemic immunity, but poor immunity at the respiratory mucosa. Here we describe the development of a novel vaccine strategy, Prime and Spike, based on unadjuvanted intranasal spike boosting that leverages existing immunity generated by primary vaccination to elicit mucosal immune memory within the respiratory tract. We show that Prime and Spike induces robust T resident memory cells, B resident memory cells and IgA at the respiratory mucosa, boosts systemic immunity, and completely protects mice with partial immunity from lethal SARS-CoV-2 infection. Using divergent spike proteins, Prime and Spike enables induction of cross-reactive immunity against sarbecoviruses without invoking original antigenic sin.Broad sarbecovirus protective mucosal immunity is generated by unadjuvanted intranasal spike boost in preclinical model.

Abstract Licensed parenteral influenza vaccines induce systemic antibody responses and alleviate disease severity but do not efficiently prevent viral entry and transmission due to the lack of local mucosal immune responses. Here, we describe intranasal booster strategy with unadjuvanted recombinant hemagglutinin (HA) following initial mRNA-LNP vaccination, Prime and HA. This regimen establishes highly protective HA-specific mucosal immune memory responses in the respiratory tract. Intranasal HA boosters provided significantly reduced viral replication compared to parenteral mRNA-LNP boosters in both young and old mice. Correlation analysis revealed that slightly increased levels of nasal IgA are significantly associated with a reduced viral burden in the upper respiratory tract. Intranasal boosting with an antigenically distinct H1 HA conferred sterilizing immunity against heterologous H1N1 virus challenge. Additionally, a heterosubtypic intranasal H5 HA booster elicited cross-reactive mucosal humoral responses. Our work illustrates the potential of a nasal HA protein booster as a needle- and adjuvant-free strategy to prevent infection and disease from influenza A viruses. One Sentence Summary Adjuvant-free nasal booster induces protective immunity against influenza infection.

Endogenous retroviruses (ERV) are found throughout vertebrate genomes and failure to silence their activation can have deleterious consequences on the host. Introduction of mutations that subsequently prevent transcription of ERV loci is therefore an indispensable cell-intrinsic defense mechanism that maintains the integrity of the host genome. Abundant in vitro and in silico evidence have revealed that APOBEC3 cytidine-deaminases, including human APOBEC3G (hA3G) can potently restrict retrotransposition; yet in vivo data demonstrating such activity is lacking, particularly since no replication competent human ERV has been identified. In mice deficient for Toll-like receptor 7 (TLR7), transcribed ERV loci can recombine and generate infectious ERV. In this study, we show that mice deficient in the only copy of Apobec3 in the genome did not have spontaneous reactivation of ERVs, nor elevated ERV reactivation when crossed to Tlr7-/- mice. In contrast, expression of a human APOBEC3G transgene abrogated emergence of infectious ERV in the Tlr7-/- background. No ERV RNA was detected in the plasma of hA3G+Apobec3-/-Tlr7-/- mice, and infectious ERV virions could not be amplified through co-culture with permissive cells. These data reveal that hA3G can potently restrict active ERV in vivo, and suggest that the expansion of the APOBEC3 locus in primates has helped restrict ERV reactivation in the human genome.