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.

SUMMARY Understanding the human antibody response to emerging viral pathogens is key to epidemic preparedness. As the size of the B cell response to a pathogenic virus protective antigen is undefined, we performed deep paired heavy and light chain sequencing in EBOV-GP specific memory B cells, allowing analysis of the ebolavirus-specific antibody repertoire both genetically and functionally. This approach facilitated investigation of the molecular and genetic basis for evolution of cross-reactive antibodies by elucidating germline-encoded properties of antibodies to EBOV and identification of the overlap between antibodies in the memory B-cell and serum repertoire. We identified 73 public clonotypes to EBOV, 20% of which encoded antibodies with neutralization activity and capacity to protect in vivo . This comprehensive analysis of the public and private antibody repertoire provides insight into the molecular basis of the humoral immune response to EBOV-GP, which informs vaccine design of new vaccines and improved therapeutics.

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 Yellow fever virus (YFV) causes sporadic outbreaks of infection in South America and sub-Saharan Africa. While live-attenuated yellow fever virus vaccines based on three substrains of 17D are considered some of the most effective vaccines in use, problems with production and distribution have created large populations of unvaccinated, vulnerable individuals in endemic areas. To date, specific antiviral therapeutics have not been licensed for human use against YFV or any other related flavivirus. Recent advances in monoclonal antibody (mAb) technology have allowed for identification of numerous candidate therapeutics targeting highly pathogenic viruses, including many flaviviruses. Here, we sought to identify a highly neutralizing antibody targeting YFV envelope (E) protein as a therapeutic candidate. We used human B cell hybridoma technology to isolate mAbs from the circulating memory B cells from human YFV vaccine recipients. These antibodies bound to recombinant YFV E protein and recognized at least five major antigenic sites on E. Two mAbs (designated YFV-136 and YFV-121) recognized a shared antigenic site and neutralized the YFV 17D vaccine strain in vitro . YFV-136 also potently inhibited infection by multiple wild-type YFV strains, in part, at a post-attachment step in the virus replication cycle. YFV-136 showed therapeutic protection in two animal models of YFV challenge including hamsters and immunocompromised mice engrafted with human hepatocytes. These studies define features of the antigenic landscape on YFV E protein recognized by the human B cell response and identify a therapeutic antibody candidate that inhibits infection and disease caused by highly virulent strains of YFV.