Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has caused the global COVID-19 pandemic. Rapidly spreading SARS-CoV-2 variants may jeopardize newly introduced antibody and vaccine countermeasures. Here, using monoclonal antibodies (mAbs), animal immune sera, human convalescent sera and human sera from recipients of the BNT162b2 mRNA vaccine, we report the impact on antibody neutralization of a panel of authentic SARS-CoV-2 variants including a B.1.1.7 isolate, chimeric strains with South African or Brazilian spike genes and isogenic recombinant viral variants. Many highly neutralizing mAbs engaging the receptor-binding domain or N-terminal domain and most convalescent sera and mRNA vaccine-induced immune sera showed reduced inhibitory activity against viruses containing an E484K spike mutation. As antibodies binding to spike receptor-binding domain and N-terminal domain demonstrate diminished neutralization potency in vitro against some emerging variants, updated mAb cocktails targeting highly conserved regions, enhancement of mAb potency or adjustments to the spike sequences of vaccines may be needed to prevent loss of protection in vivo. A comprehensive analysis of antibody neutralization activity against a panel of authentic isolates and chimeric SARS-CoV-2 variants shows markedly diminished neutralizing activity against the variant B.1.351, first identified in South Africa.

The x-ray structures of a murine MHC class I molecule (H-2K b ) were determined in complex with two different viral peptides, derived from the vesicular stomatitis virus nucleoprotein (52-59), VSV-8, and the Sendai virus nucleoprotein (324-332), SEV-9. The H-2K b complexes were refined at 2.3 Å for VSV-8 and 2.5 Å for SEV-9. The structure of H-2K b exhibits a high degree of similarity with human HLA class I, although the individual domains can have slightly altered dispositions. Both peptides bind in extended conformations with most of their surfaces buried in the H-2K b binding groove. The nonamer peptide maintains the same amino- and carboxyl-terminal interactions as the octamer primarily by the insertion of a bulge in the center of an otherwise β conformation. Most of the specific interactions are between side-chain atoms of H-2K b and main-chain atoms of peptide. This binding scheme accounts in large part for the enormous diversity of peptide sequences that bind with high affinity to class I molecules. Small but significant conformational changes in H-2K b are associated with peptide binding, and these synergistic movements may be an integral part of the T cell receptor recognition process.

Neutralizing antibodies against the SARS-CoV-2 spike (S) protein are a goal of COVID-19 vaccines and have received emergency use authorization as therapeutics. However, viral escape mutants could compromise efficacy. To define immune-selected mutations in the S protein, we exposed a VSV-eGFP-SARS-CoV-2-S chimeric virus, in which the VSV glycoprotein is replaced with the S protein, to 19 neutralizing monoclonal antibodies (mAbs) against the receptor-binding domain (RBD) and generated 50 different escape mutants. Each mAb had a unique resistance profile, although many shared residues within an epitope of the RBD. Some variants (e.g., S477N) were resistant to neutralization by multiple mAbs, whereas others (e.g., E484K) escaped neutralization by convalescent sera. Additionally, sequential selection identified mutants that escape neutralization by antibody cocktails. Comparing these antibody-mediated mutations with sequence variation in circulating SARS-CoV-2 revealed substitutions that may attenuate neutralizing immune responses in some humans and thus warrant further investigation.

Natural killer (NK) cells express inhibitory and activation receptors that recognize MHC class I-like molecules on target cells. These receptors may be involved in the critical role of NK cells in controlling initial phases of certain viral infections. Indeed, the Ly49H NK cell activation receptor confers in vivo genetic resistance to murine cytomegalovirus (MCMV) infections, but its ligand was previously unknown. Herein, we use heterologous reporter cells to demonstrate that Ly49H recognizes MCMV-infected cells and a ligand encoded by MCMV itself. Exploiting a bioinformatics approach to the MCMV genome, we find at least 11 ORFs for molecules with previously unrecognized features of predicted MHC-like folds and limited MHC sequence homology. We identify one of these, m157, as the ligand for Ly49H. m157 triggers Ly49H-mediated cytotoxicity, and cytokine and chemokine production by freshly isolated NK cells. We hypothesize that the other ORFs with predicted MHC-like folds may be involved in immune evasion or interactions with other NK cell receptors.

Class I major histocompatibility complex (MHC) molecules interact with self and foreign peptides of diverse amino acid sequences yet exhibit distinct allele-specific selectivity for peptide binding. The structures of the peptide-binding specificity pockets (subsites) in the groove of murine H-2K b as well as human histocompatibility antigen class I molecules have been analyzed. Deep but highly conserved pockets at each end of the groove bind the amino and carboxyl termini of peptide through extensive hydrogen bonding and, hence, dictate the orientation of peptide binding. A deep polymorphic pocket in the middle of the groove provides the chemical and structural complementarity for one of the peptide's anchor residues, thereby playing a major role in allele-specific peptide binding. Although one or two shallow pockets in the groove may also interact with specific peptide side chains, their role in the selection of peptide is minor. Thus, usage of a limited number of both deep and shallow pockets in multiple combinations appears to allow the binding of a broad range of peptides. This binding occurs with high affinity, primarily because of extensive interactions with the peptide backbone and the conserved hydrogen bonding network at both termini of the peptide. Interactions between the anchor residue (or residues) and the corresponding allele-specific pocket provide sufficient extra binding affinity not only to enhance specificity but also to endure the presentation of the peptide at the cell surface for recognition by T cells.

The emergence of the highly transmissible B.1.1.529 Omicron variant of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is concerning for antibody countermeasure efficacy because of the number of mutations in the spike protein. In this study, we tested a panel of anti-receptor-binding domain monoclonal antibodies (mAbs) corresponding to those in clinical use by Vir Biotechnology (S309, the parent mAb of VIR-7831 (sotrovimab)), AstraZeneca (COV2-2196 and COV2-2130, the parent mAbs of AZD8895 and AZD1061), Regeneron (REGN10933 and REGN10987), Eli Lilly (LY-CoV555 and LY-CoV016) and Celltrion (CT-P59) for their ability to neutralize an infectious B.1.1.529 Omicron isolate. Several mAbs (LY-CoV555, LY-CoV016, REGN10933, REGN10987 and CT-P59) completely lost neutralizing activity against B.1.1.529 virus in both Vero-TMPRSS2 and Vero-hACE2-TMPRSS2 cells, whereas others were reduced (COV2-2196 and COV2-2130 combination, ~12-fold decrease) or minimally affected (S309). Our results suggest that several, but not all, of the antibodies in clinical use might lose efficacy against the B.1.1.529 Omicron variant. New in vitro data suggest that the new SARS-CoV-2 Omicron variant is likely to escape neutralization by most therapeutic antibodies currently available.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has caused a pandemic with millions of human infections. One limitation to the evaluation of potential therapies and vaccines to inhibit SARS-CoV-2 infection and ameliorate disease is the lack of susceptible small animals in large numbers. Commercially available laboratory strains of mice are not readily infected by SARS-CoV-2 because of species-specific differences in their angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptors. Here, we transduced replication-defective adenoviruses encoding human ACE2 via intranasal administration into BALB/c mice and established receptor expression in lung tissues. hACE2-transduced mice were productively infected with SARS-CoV-2, and this resulted in high viral titers in the lung, lung pathology, and weight loss. Passive transfer of a neutralizing monoclonal antibody reduced viral burden in the lung and mitigated inflammation and weight loss. The development of an accessible mouse model of SARS-CoV-2 infection and pathogenesis will expedite the testing and deployment of therapeutics and vaccines.

The coronavirus disease 2019 pandemic has made deployment of an effective vaccine a global health priority. We evaluated the protective activity of a chimpanzee adenovirus-vectored vaccine encoding a prefusion stabilized spike protein (ChAd-SARS-CoV-2-S) in challenge studies with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and mice expressing the human angiotensin-converting enzyme 2 receptor. Intramuscular dosing of ChAd-SARS-CoV-2-S induces robust systemic humoral and cell-mediated immune responses and protects against lung infection, inflammation, and pathology but does not confer sterilizing immunity, as evidenced by detection of viral RNA and induction of anti-nucleoprotein antibodies after SARS-CoV-2 challenge. In contrast, a single intranasal dose of ChAd-SARS-CoV-2-S induces high levels of neutralizing antibodies, promotes systemic and mucosal immunoglobulin A (IgA) and T cell responses, and almost entirely prevents SARS-CoV-2 infection in both the upper and lower respiratory tracts. Intranasal administration of ChAd-SARS-CoV-2-S is a candidate for preventing SARS-CoV-2 infection and transmission and curtailing pandemic spread.

Neutralization of West Nile virus (WNV) in vivo correlates with the development of an antibody response against the viral envelope (E) protein. Using random mutagenesis and yeast surface display, we defined individual contact residues of 14 newly generated monoclonal antibodies against domain III of the WNV E protein. Monoclonal antibodies that strongly neutralized WNV localized to a surface patch on the lateral face of domain III. Convalescent antibodies from individuals who had recovered from WNV infection also detected this epitope. One monoclonal antibody, E16, neutralized 10 different strains in vitro, and showed therapeutic efficacy in mice, even when administered as a single dose 5 d after infection. A humanized version of E16 was generated that retained antigen specificity, avidity and neutralizing activity. In postexposure therapeutic trials in mice, a single dose of humanized E16 protected mice against WNV-induced mortality, and may therefore be a viable treatment option against WNV infection in humans.

Antibody-based interventions against SARS-CoV-2 could limit morbidity, mortality, and possibly transmission. An anticipated correlate of such countermeasures is the level of neutralizing antibodies against the SARS-CoV-2 spike protein, which engages with host ACE2 receptor for entry. Using an infectious molecular clone of vesicular stomatitis virus (VSV) expressing eGFP as a marker of infection, we replaced the glycoprotein gene (G) with the spike protein of SARS-CoV-2 (VSV-eGFP-SARS-CoV-2) and developed a high-throughput-imaging-based neutralization assay at biosafety level 2. We also developed a focus-reduction neutralization test with a clinical isolate of SARS-CoV-2 at biosafety level 3. Comparing the neutralizing activities of various antibodies and ACE2-Fc soluble decoy protein in both assays revealed a high degree of concordance. These assays will help define correlates of protection for antibody-based countermeasures and vaccines against SARS-CoV-2. Additionally, replication-competent VSV-eGFP-SARS-CoV-2 provides a tool for testing inhibitors of SARS-CoV-2 mediated entry under reduced biosafety containment.