Understanding the molecular basis for immune recognition of SARS-CoV-2 spike glycoprotein antigenic sites will inform the development of improved therapeutics. We determined the structures of two human monoclonal antibodies–AZD8895 and AZD1061–which form the basis of the investigational antibody cocktail AZD7442, in complex with the receptor-binding domain (RBD) of SARS-CoV-2 to define the genetic and structural basis of neutralization. AZD8895 forms an 'aromatic cage' at the heavy/light chain interface using germ line-encoded residues in complementarity-determining regions (CDRs) 2 and 3 of the heavy chain and CDRs 1 and 3 of the light chain. These structural features explain why highly similar antibodies (public clonotypes) have been isolated from multiple individuals. AZD1061 has an unusually long LCDR1; the HCDR3 makes interactions with the opposite face of the RBD from that of AZD8895. Using deep mutational scanning and neutralization escape selection experiments, we comprehensively mapped the crucial binding residues of both antibodies and identified positions of concern with regards to virus escape from antibody-mediated neutralization. Both AZD8895 and AZD1061 have strong neutralizing activity against SARS-CoV-2 and variants of concern with antigenic substitutions in the RBD. We conclude that germ line-encoded antibody features enable recognition of the SARS-CoV-2 spike RBD and demonstrate the utility of the cocktail AZD7442 in neutralizing emerging variant viruses. Structural analysis of two human monoclonal antibodies that conform the antibody cocktail AZD7442, in complex with the RBD of SARS-CoV-2, reveal strong neutralization of SARS-CoV-2 variants of concern.

The SARS-CoV-2 pandemic has led to an urgent need to understand the molecular basis for immune recognition of SARS-CoV-2 spike (S) glycoprotein antigenic sites. To define the genetic and structural basis for SARS-CoV-2 neutralization, we determined the structures of two human monoclonal antibodies COV2-2196 and COV2-2130 1 , which form the basis of the investigational antibody cocktail AZD7442, in complex with the receptor binding domain (RBD) of SARS-CoV-2. COV2-2196 forms an “aromatic cage” at the heavy/light chain interface using germline-encoded residues in complementarity determining regions (CDRs) 2 and 3 of the heavy chain and CDRs 1 and 3 of the light chain. These structural features explain why highly similar antibodies (public clonotypes) have been isolated from multiple individuals 1–4 . The structure of COV2-2130 reveals that an unusually long LCDR1 and HCDR3 make interactions with the opposite face of the RBD from that of COV2-2196. Using deep mutational scanning and neutralization escape selection experiments, we comprehensively mapped the critical residues of both antibodies and identified positions of concern for possible viral escape. Nonetheless, both COV2-2196 and COV2-2130 showed strong neutralizing activity against SARS-CoV-2 strain with recent variations of concern including E484K, N501Y, and D614G substitutions. These studies reveal germline-encoded antibody features enabling recognition of the RBD and demonstrate the activity of a cocktail like AZD7442 in preventing escape from emerging variant viruses.

Abstract Hendra virus (HeV) and Nipah virus (NiV), the prototypic members of the Henipavirus (HNV) genus, are emerging, zoonotic paramyxoviruses known to cause severe disease across six mammalian orders, including humans (Eaton et al., 2006). While several research groups have made strides in developing candidate vaccines and therapeutics against henipaviruses, such countermeasures have not been licensed for human use, and significant gaps in knowledge about the human immune response to these viruses exist. To address these gaps, we isolated a large panel of human monoclonal antibodies (mAbs) from the B cells of an individual with prior occupation-related exposure to the equine HeV vaccine (Equivac® HeV). Competition-binding and hydrogen-deuterium exchange mass spectrometry (HDX-MS) studies identified at least six distinct antigenic sites on the HeV/NiV receptor binding protein (RBP) that are recognized by human mAbs. Antibodies recognizing multiple antigenic sites potently neutralized NiV and/or HeV isolates in vitro. The most potent class of cross-reactive antibodies achieved neutralization by blocking viral attachment to the host cell receptors ephrin-B2 and ephrin-B3. Antibodies from this class mimic receptor binding by inducing a receptor-bound conformation to the HeV-RBP protein tetramer, exposing an epitope that appears to lie hidden in the interface between protomers within the HeV-RBP tetramer. Antibodies that recognize this cryptic epitope potently neutralized HeV and NiV. Flow cytometric studies using cell-surface-displayed HeV-RBP protein showed that cross-reactive, neutralizing mAbs from each of these classes cooperate for binding. In a highly stringent hamster model of NiV B infection, antibodies from both classes reduced morbidity and mortality and achieved synergistic protection in combination and provided therapeutic benefit when combined into two bispecific platforms. These studies identified multiple candidate mAbs that might be suitable for use in a cocktail therapeutic approach to achieve synergistic antiviral potency and reduce the risk of virus escape during treatment.

SUMMARY The protective human antibody response to the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) virus focuses on the spike (S) protein which decorates the virion surface and mediates cell binding and entry. Most SARS-CoV-2 protective antibodies target the receptor- binding domain or a single dominant epitope (‘supersite’) on the N terminal domain (NTD). Here, using the single B cell technology LIBRA-seq, we isolated a large panel of NTD-reactive and SARS-CoV-2 neutralizing antibodies from an individual who had recovered from COVID-19. We found that neutralizing antibodies to the NTD supersite commonly are encoded by the IGHV1-24 gene, forming a genetic cluster that represents a public B cell clonotype. However, we also discovered a rare human antibody, COV2-3434, that recognizes a site of vulnerability on the SARS-CoV-2 S protein in the trimer interface and possesses a distinct class of functional activity. COV2-3434 disrupted the integrity of S protein trimers, inhibited cell-to-cell spread of virus in culture, and conferred protection in human ACE2 transgenic mice against SARS-CoV-2 challenge. This study provides insight about antibody targeting of the S protein trimer interface region, suggesting this region may be a site of virus vulnerability.

Abstract Sosuga virus (SOSV) is a recently discovered paramyxovirus with a single known human case of disease. There has been little laboratory research on SOSV pathogenesis or immunity, and no approved therapeutics or vaccines are available. Here, we report the discovery of human monoclonal antibodies (mAbs) from the circulating memory B cells of the only known human case and survivor of SOSV infection. We isolated six mAbs recognizing the functional attachment protein (HN) and 18 mAbs against the fusion (F) protein. The anti-HN mAbs all target the globular head of the HN protein and can be organized into 4 competition-binding groups that exhibit epitope diversity. The anti-F mAbs can be divided into pre- or post-fusion conformation-specific categories and further into 8 competition-binding groups. Generally, pre-fusion conformation-specific anti-F mAbs showed higher potency in neutralization assays than did mAbs only recognizing the post-fusion conformation of F protein. Most of the anti-HN mAbs were more potently neutralizing than the anti-F mAbs, with mAbs in one of the HN competition-binding groups possessing ultra-potent (<1 ng/mL) half maximal inhibitory (IC 50 ) virus neutralization values. These findings provide insight into the molecular basis for human antibody recognition of paramyxovirus surface proteins and the mechanisms of SOSV neutralization.