Summary Terminating the SARS-CoV-2 pandemic relies upon pan-global vaccination. Current vaccines elicit neutralizing antibody responses to the virus spike derived from early isolates. However, new strains have emerged with multiple mutations: P.1 from Brazil, B.1.351 from South Africa and B.1.1.7 from the UK (12, 10 and 9 changes in the spike respectively). All have mutations in the ACE2 binding site with P.1 and B.1.351 having a virtually identical triplet: E484K, K417N/T and N501Y, which we show confer similar increased affinity for ACE2. We show that, surprisingly, P.1 is significantly less resistant to naturally acquired or vaccine induced antibody responses than B.1.351 suggesting that changes outside the RBD impact neutralisation. Monoclonal antibody 222 neutralises all three variants despite interacting with two of the ACE2 binding site mutations, we explain this through structural analysis and use the 222 light chain to largely restore neutralization potency to a major class of public antibodies.

Summary Large trimeric Spikes decorate SARS-CoV-2 and bind host cells via receptor binding domains (RBDs). We report a conformation in which the trimer is ‘locked’ into a compact well-ordered form. This differs from previous structures where the RBD can flip up to recognise the receptor. In the ‘locked’ form regions associated with fusion transitions are stabilised and the RBD harbours curved lipids. The acyl chains bind a hydrophobic pocket in one RBD whilst the polar headgroups attach to an adjacent RBD of the trimer. By functional analogy with enteroviral pocket factors loss of the lipid would destabilise the ‘locked’ form facilitating receptor attachment, conversion to the postfusion state and virus infection. The nature of lipids available at the site of infection might affect the antigenicity/pathogenicity of released virus. These results reveal a potentially druggable pocket and suggest that the natural prefusion state occludes neutralising RBD epitopes, achieving conformational shielding from antibodies. Highlights SARS-CoV-2 Spike can adopt a ‘locked’ conformation with all receptor binding domains (RBDs) down, likely to represent the prefusion resting state This ‘locked’ conformation is compact and stable, braced by lipid bound within a potentially druggable pocket Key neutralization epitopes are shielded in the ‘locked’ form Loss of lipid may trigger a cascade of events that lead to cell entry analogous to the role of lipids in enterovirus cell entry

Summary Some COVID-19 patients are unable to clear their infection or are at risk of severe disease, requiring treatment with neutralising monoclonal antibodies (nmAb) and/or antivirals. The rapid roll-out of novel therapeutics means there is limited understanding of the likely genetic barrier to drug resistance. Unprecedented genomic surveillance of SARS-CoV-2 in the UK has enabled a genome-first approach to the detection of emerging drug resistance. Here we report the accrual of mutations in Delta and Omicron cases treated with casirivimab+imdevimab and sotrovimab respectively. Mutations occur within the epitopes of the respective nmAbs. For casirivimab+imdevimab these are present on contiguous raw reads, simultaneously affecting both components. Using surface plasmon resonance and pseudoviral neutralisation assays we demonstrate these mutations reduce or completely abrogate antibody affinity and neutralising activity, suggesting they are driven by immune evasion. In addition, we show that some mutations also reduce the neutralising activity of vaccine-induced serum.

Abstract The COVID-19 pandemic has had unprecedented health and economic impact, but currently there are no approved therapies. We have isolated an antibody, EY6A, from a late-stage COVID-19 patient and show it neutralises SARS-CoV-2 and cross-reacts with SARS-CoV-1. EY6A Fab binds tightly (K D of 2 nM) the receptor binding domain (RBD) of the viral Spike glycoprotein and a 2.6Å crystal structure of an RBD/EY6A Fab complex identifies the highly conserved epitope, away from the ACE2 receptor binding site. Residues of this epitope are key to stabilising the pre-fusion Spike. Cryo-EM analyses of the pre-fusion Spike incubated with EY6A Fab reveal a complex of the intact trimer with three Fabs bound and two further multimeric forms comprising destabilized Spike attached to Fab. EY6A binds what is probably a major neutralising epitope, making it a candidate therapeutic for COVID-19.

Summary On the 24 th November 2021 the sequence of a new SARS CoV-2 viral isolate spreading rapidly in Southern Africa was announced, containing far more mutations in Spike (S) than previously reported variants. Neutralization titres of Omicron by sera from vaccinees and convalescent subjects infected with early pandemic as well as Alpha, Beta, Gamma, Delta are substantially reduced or fail to neutralize. Titres against Omicron are boosted by third vaccine doses and are high in cases both vaccinated and infected by Delta. Mutations in Omicron knock out or substantially reduce neutralization by most of a large panel of potent monoclonal antibodies and antibodies under commercial development. Omicron S has structural changes from earlier viruses, combining mutations conferring tight binding to ACE2 to unleash evolution driven by immune escape, leading to a large number of mutations in the ACE2 binding site which rebalance receptor affinity to that of early pandemic viruses.

Viral entry is mediated by oligomeric proteins on the virus and cell surfaces. The association is therefore open to multivalent interactions between these proteins, yet such recognition is typically rationalised as affinity between monomeric equivalents. As a result, assessment of the thermodynamic mechanisms that control viral entry has been limited. Here, we use mass photometry to overcome the analytical challenges consequent to multivalency. Examining the interaction between the spike protein of SARS-CoV-2 and the ACE2 receptor, we find that ACE2 induces oligomerisation of spike in a variant- dependent fashion. We also demonstrate that patient-derived antibodies use induced-oligomerisation as a primary inhibition mechanism or to enhance the effects of receptor-site blocking. Our results reveal that naive affinity measurements are poor predictors of potency, and introduce a novel antibody-based inhibition mechanism for oligomeric targets.