A common theme in antibody responses In the fight against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), antibodies are a key tool, both as potential therapeutics and to guide vaccine development. Yuan et al. focused on finding shared antibody responses, in which multiple individuals develop antibodies against the same antigen using the same genetic elements and modes of recognition. The authors identified the immunoglobulin heavy-chain variable region 3-53 gene as the most frequently used among 294 antibodies that target the receptor-binding domain (RBD) of the viral spike protein. These antibodies have few somatic mutations, and crystal structures of two neutralizing antibodies bound to the RBD show that mostly germline-encoded residues are involved in binding. The minimal affinity maturation and high potency of these antibodies is promising for vaccine design. Science , this issue p. 1119

Defenses against SARS-CoV-2 variants Our key defense against the COVID-19 pandemic is neutralizing antibodies against the SARS-CoV-2 virus elicited by natural infection or vaccination. Recent emerging viral variants have raised concern because of their potential to escape antibody neutralization. Wang et al . identified four antibodies from early-outbreak convalescent donors that are potent against 23 variants, including variants of concern, and characterized their binding to the spike protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Yuan et al . examined the impact of emerging mutations in the receptor-binding domain of the spike protein on binding to the host receptor ACE2 and to a range of antibodies. These studies may be helpful for developing more broadly effective vaccines and therapeutic antibodies. —VV

The pandemic caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) continues to spread, with devastating consequences. For passive immunization efforts, nanobodies have size and cost advantages over conventional antibodies. In this study, we generated four neutralizing nanobodies that target the receptor binding domain of the SARS-CoV-2 spike protein. We used x-ray crystallography and cryo-electron microscopy to define two distinct binding epitopes. On the basis of these structures, we engineered multivalent nanobodies with more than 100 times the neutralizing activity of monovalent nanobodies. Biparatopic nanobody fusions suppressed the emergence of escape mutants. Several nanobody constructs neutralized through receptor binding competition, whereas other monovalent and biparatopic nanobodies triggered aberrant activation of the spike fusion machinery. These premature conformational changes in the spike protein forestalled productive fusion and rendered the virions noninfectious.

The emergence of SARS-CoV-2 led to pandemic spread of coronavirus disease 2019 (COVID-19), manifesting with respiratory symptoms and multi-organ dysfunction. Detailed characterization of virus-neutralizing antibodies and target epitopes is needed to understand COVID-19 pathophysiology and guide immunization strategies. Among 598 human monoclonal antibodies (mAbs) from 10 COVID-19 patients, we identified 40 strongly neutralizing mAbs. The most potent mAb, CV07-209, neutralized authentic SARS-CoV-2 with an IC

Abstract The protective efficacy of neutralizing antibodies (nAbs) elicited during natural infection with SARS-CoV-2 and by vaccination based on its spike protein has been compromised with emergence of the recent SARS-CoV-2 variants. Residues E484 and K417 in the receptor-binding site (RBS) are both mutated in lineages first described in South Africa (B.1.351) and Brazil (B.1.1.28.1). The nAbs isolated from SARS-CoV-2 patients are preferentially encoded by certain heavy-chain germline genes and the two most frequently elicited antibody families (IGHV3-53/3-66 and IGHV1-2) can each bind the RBS in two different binding modes. However, their binding and neutralization are abrogated by either the E484K or K417N mutation, whereas nAbs to the cross-reactive CR3022 and S309 sites are largely unaffected. This structural and functional analysis illustrates why mutations at E484 and K417 adversely affect major classes of nAbs to SARS-CoV-2 with consequences for next-generation COVID-19 vaccines.

ABSTRACT Most antibodies isolated from COVID-19 patients are specific to SARS-CoV-2. COVA1-16 is a relatively rare antibody that also cross-neutralizes SARS-CoV. Here we determined a crystal structure of COVA1-16 Fab with the SARS-CoV-2 RBD, and a negative-stain EM reconstruction with the spike glycoprotein trimer, to elucidate the structural basis of its cross-reactivity. COVA1-16 binds a highly conserved epitope on the SARS-CoV-2 RBD, mainly through a long CDR H3, and competes with ACE2 binding due to steric hindrance rather than epitope overlap. COVA1-16 binds to a flexible up conformation of the RBD on the spike and relies on antibody avidity for neutralization. These findings, along with structural and functional rationale for the epitope conservation, provide a blueprint for development of more universal SARS-like coronavirus vaccines and therapies.

Pan-betacoronavirus neutralizing antibodies may hold the key to developing broadly protective vaccines against coronaviruses that cause severe disease, for anticipating novel pandemic-causing viruses, and to respond more effectively to SARS-CoV-2 variants. The emergence of the Omicron variant of SARS-CoV-2 has illustrated the limitations of solely targeting the receptor binding domain (RBD) of the envelope Spike (S)-protein. Here, we isolated a large panel of broadly neutralizing antibodies (bnAbs) from SARS-CoV-2 recovered-vaccinated donors that target a conserved S2 region in the fusion machinery on betacoronavirus spikes. Select bnAbs show broad

ABSTRACT IGHV3-53-encoded neutralizing antibodies are commonly elicited during SARS-CoV-2 infection and target the receptor-binding domain (RBD) of the spike (S) protein. Such IGHV3-53 antibodies generally have a short CDR H3 due to structural constraints in binding the RBD (mode A). However, a small subset of IGHV3-53 antibodies to the RBD contain a longer CDR H3. Crystal structures of two IGHV3-53 neutralizing antibodies here demonstrate that a longer CDR H3 can be accommodated in a different binding mode (mode B). These two classes of IGHV3-53 antibodies both target the ACE2 receptor binding site, but with very different angles of approach and molecular interactions. Overall, these findings emphasize the versatility of IGHV3-53 in this common antibody response to SARS-CoV-2, where conserved IGHV3-53 germline-encoded features can be combined with very different CDR H3 lengths and light chains for SARS-CoV-2 RBD recognition and virus neutralization.

The emergence of SARS-CoV-2 variants that threaten the efficacy of existing vaccines and therapeutic antibodies underscores the urgent need for new antibody-based tools that potently neutralize variants by targeting multiple sites of the spike protein. We isolated 216 monoclonal antibodies targeting SARS-CoV-2 from plasmablasts and memory B cells of COVID-19 patients. The three most potent antibodies targeted distinct regions of the RBD, and all three neutralized the SARS-CoV-2 variants B.1.1.7 and B.1.351. The crystal structure of the most potent antibody, CV503, revealed that it binds to the ridge region of SARS-CoV-2 RBD, competes with the ACE2 receptor, and has limited contact with key variant residues K417, E484 and N501. We designed bispecific antibodies by combining non-overlapping specificities and identified five ultrapotent bispecific antibodies that inhibit authentic SARS-CoV-2 infection at concentrations of <1 ng/mL. Through a novel mode of action three bispecific antibodies cross-linked adjacent spike proteins using dual NTD/RBD specificities. One bispecific antibody was >100-fold more potent than a cocktail of its parent monoclonals

Many neutralizing antibodies (nAbs) elicited to ancestral SARS-CoV-2 through natural infection and vaccination generally have reduced effectiveness to SARS-CoV-2 variants. Here we show therapeutic antibody ADG20 is able to neutralize all SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs) including Omicron (B.1.1.529) as well as other SARS-related coronaviruses. We delineate the structural basis of this relatively escape-resistant epitope that extends from one end of the receptor binding site (RBS) into the highly conserved CR3022 site. ADG20 can then benefit from high potency through direct competition with ACE2 in the more variable RBS and interaction with the more highly conserved CR3022 site. Importantly, antibodies that are able to target this site generally neutralize all VOCs, albeit with reduced potency against Omicron. Thus, this highly conserved and vulnerable site can be exploited for design of universal vaccines and therapeutic antibodies.