Sites of vulnerability in SARS-CoV-2 Antibodies that neutralize severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) could be an important tool in treating coronavirus disease 2019 (COVID-19). Brouwer et al. isolated 403 monoclonal antibodies from three convalescent COVID-19 patients. They show that the patients had strong immune responses against the viral spike protein, a complex that binds to receptors on the host cell. A subset of antibodies was able to neutralize the virus. Competition and electron microscopy studies showed that these antibodies target diverse epitopes on the spike, with the two most potent targeting the domain that binds the host receptor. Science , this issue p. 643

A desirable but as yet unachieved property of a human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) vaccine candidate is the ability to induce broadly neutralizing antibodies (bNAbs). One approach to the problem is to create trimeric mimics of the native envelope glycoprotein (Env) spike that expose as many bNAb epitopes as possible, while occluding those for non-neutralizing antibodies (non-NAbs). Here, we describe the design and properties of soluble, cleaved SOSIP.664 gp140 trimers based on the subtype A transmitted/founder strain, BG505. These trimers are highly stable, more so even than the corresponding gp120 monomer, as judged by differential scanning calorimetry. They are also homogenous and closely resemble native virus spikes when visualized by negative stain electron microscopy (EM). We used several techniques, including ELISA and surface plasmon resonance (SPR), to determine the relationship between the ability of monoclonal antibodies (MAbs) to bind the soluble trimers and neutralize the corresponding virus. In general, the concordance was excellent, in that virtually all bNAbs against multiple neutralizing epitopes on HIV-1 Env were highly reactive with the BG505 SOSIP.664 gp140 trimers, including quaternary epitopes (CH01, PG9, PG16 and PGT145). Conversely, non-NAbs to the CD4-binding site, CD4-induced epitopes or gp41ECTO did not react with the trimers, even when their epitopes were present on simpler forms of Env (e.g. gp120 monomers or dissociated gp41 subunits). Three non-neutralizing MAbs to V3 epitopes did, however, react strongly with the trimers but only by ELISA, and not at all by SPR and to only a limited extent by EM. These new soluble trimers are useful for structural studies and are being assessed for their performance as immunogens.

The human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) envelope (Env) spike, comprising three gp120 and three gp41 subunits, is a conformational machine that facilitates HIV-1 entry by rearranging from a mature unliganded state, through receptor-bound intermediates, to a post-fusion state. As the sole viral antigen on the HIV-1 virion surface, Env is both the target of neutralizing antibodies and a focus of vaccine efforts. Here we report the structure at 3.5 Å resolution for an HIV-1 Env trimer captured in a mature closed state by antibodies PGT122 and 35O22. This structure reveals the pre-fusion conformation of gp41, indicates rearrangements needed for fusion activation, and defines parameters of immune evasion and immune recognition. Pre-fusion gp41 encircles amino- and carboxy-terminal strands of gp120 with four helices that form a membrane-proximal collar, fastened by insertion of a fusion peptide-proximal methionine into a gp41-tryptophan clasp. Spike rearrangements required for entry involve opening the clasp and expelling the termini. N-linked glycosylation and sequence-variable regions cover the pre-fusion closed spike; we used chronic cohorts to map the prevalence and location of effective HIV-1-neutralizing responses, which were distinguished by their recognition of N-linked glycan and tolerance for epitope-sequence variation.

Steps in the right direction HIV-1 mutates rapidly, making it difficult to design a vaccine that will protect people against all of the virus' iterations. A potential successful vaccine design might protect by eliciting broadly neutralizing antibodies (bNAbs), which target specific regions on HIV-1's trimeric envelope glycoprotein (Env) (see the Perspective by Mascola). Jardine et al. used mice engineered to express germline-reverted heavy chains of a particular bNAb and immunized them with an Env-based immunogen designed to bind to precursors of that bNAb. Sanders et al. compared rabbits and monkeys immunized with Env trimers that adopt a nativelike conformation. In both cases, immunized animals produced antibodies that shared similarities with bNAbs. Boosting these animals with other immunogens may drive these antibodies to further mutate into the longsought bNAbs. Chen et al. report that retaining the cytoplasmic domain of Env proteins may be important to attract bNAbs. Removing the cytoplasmic domain may distract the immune response and instead generate antibodies that target epitopes on Env that would not lead to protection. Science , this issue p. 139 , 10.1126/science.aac4223 , p. 156 ; see also p. 191

Infection- or vaccination-induced SARS-CoV-2 S–specific CD4 + T cells are indifferent to the S mutations of variants of concern.

Molecular and structural characterization is reported for a new broad and potent monoclonal antibody against HIV that binds to an epitope bridging the gp41 and gp120 subunits — the antibody affects a step in virus entry after binding to CD4 and before engagement of CCR5. This paper describes a broadly neutralizing HIV-specific monoclonal antibody that binds with high potency to a novel HIV-1 envelope glycoprotein epitope. Molecular and structural characterization of the new antibody, named 35O22, show that it is specific for a new site of vulnerability made up of amino acids and glycans bridging the gp41 and gp120 subunits. The antibody affects a step in virus entry after binding to CD4 and before engagement of CCR5. Serologic analysis indicates that antibodies to this newly recognized site of vulnerability are commonly elicited by natural infection, raising the prospect that in may be a promising potential vaccine target. The isolation of human monoclonal antibodies is providing important insights into the specificities that underlie broad neutralization of HIV-1 (reviewed in ref. 1). Here we report a broad and extremely potent HIV-specific monoclonal antibody, termed 35O22, which binds a novel HIV-1 envelope glycoprotein (Env) epitope. 35O22 neutralized 62% of 181 pseudoviruses with a half-maximum inhibitory concentration (IC50) <50 μg ml−1. The median IC50 of neutralized viruses was 0.033 μg ml−1, among the most potent thus far described. 35O22 did not bind monomeric forms of Env tested, but did bind the trimeric BG505 SOSIP.664. Mutagenesis and a reconstruction by negative-stain electron microscopy of the Fab in complex with trimer revealed that it bound to a conserved epitope, which stretched across gp120 and gp41. The specificity of 35O22 represents a novel site of vulnerability on HIV Env, which serum analysis indicates to be commonly elicited by natural infection. Binding to this new site of vulnerability may thus be an important complement to current monoclonal-antibody-based approaches to immunotherapies, prophylaxis and vaccine design.

Broadly neutralizing HIV antibodies are much sought after (a) to guide vaccine design, both as templates and as indicators of the authenticity of vaccine candidates, (b) to assist in structural studies, and (c) to serve as potential therapeutics. However, the number of targets on the viral envelope spike for such antibodies has been limited. Here, we describe a set of human monoclonal antibodies that define what is, to the best of our knowledge, a previously undefined target on HIV Env. The antibodies recognize a glycan-dependent epitope on the prefusion conformation of gp41 and unambiguously distinguish cleaved from uncleaved Env trimers, an important property given increasing evidence that cleavage is required for vaccine candidates that seek to mimic the functional HIV envelope spike. The availability of this set of antibodies expands the number of vaccine targets on HIV and provides reagents to characterize the native envelope spike.

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

Significance Despite the high antigenic diversity of the HIV envelope trimer (Env), broadly neutralizing antibodies (bnAbs) have identified conserved regions that serve as targets for vaccine design. One of these regions is located at the apex of Env and is expressed fully only in the context of the correctly folded trimer. This work describes the isolation of bnAbs that target this region using a recombinant native-like Env trimer as an affinity reagent to sort specific antibody-producing cells. Characterization of these antibodies reveals a highly diverse antibody response against the trimer apex and provides molecular information that will be useful in the design of immunogens to elicit bnAbs to this region of Env.

All previously characterized broadly neutralizing antibodies to the HIV-1 envelope glycoprotein (Env) target one of four major sites of vulnerability. Here, we define and structurally characterize a unique epitope on Env that is recognized by a recently discovered family of human monoclonal antibodies (PGT151-PGT158). The PGT151 epitope is comprised of residues and glycans at the interface of gp41 and gp120 within a single protomer and glycans from both subunits of a second protomer and represents a neutralizing epitope that is dependent on both gp120 and gp41. Because PGT151 binds only to properly formed, cleaved trimers, this distinctive property, and its ability to stabilize Env trimers, has enabled the successful purification of mature, cleaved Env trimers from the cell surface as a complex with PGT151. Here we compare the structural and functional properties of membrane-extracted Env trimers from several clades with those of the soluble, cleaved SOSIP gp140 trimer.