SARS-CoV-2 mutations may diminish vaccine-induced protective immune responses, and the durability of such responses has not been previously reported. Here, we present a comprehensive assessment of the impact of variants B.1.1.7, B.1.351, P.1, B.1.429, and B.1.526 on binding, neutralizing, and ACE2-blocking antibodies elicited by the vaccine mRNA-1273 over seven months. Cross-reactive neutralizing responses were rare after a single dose of mRNA-1273. At the peak of response to the second dose, all subjects had robust responses to all variants. Binding and functional antibodies against variants persisted in most subjects, albeit at low levels, for 6 months after the primary series of mRNA-1273. Across all assays, B.1.351 had the greatest impact on antibody recognition, and B.1.1.7 the least. These data complement ongoing studies of clinical protection to inform the potential need for additional boost vaccinations.Most mRNA-1273 vaccinated individuals maintained binding and functional antibodies against SARS-CoV-2 variants for 6 months.

The emergence of highly transmissible SARS-CoV-2 variants of concern (VOC) that are resistant to therapeutic antibodies highlights the need for continuing discovery of broadly reactive antibodies. We identify four receptor-binding domain targeting antibodies from three early-outbreak convalescent donors with potent neutralizing activity against 12 variants including the B.1.1.7 and B.1.351 VOCs. Two of them are ultrapotent, with sub-nanomolar neutralization titers (IC50 <0.0006 to 0.0102 μ g/mL; IC80 < 0.0006 to 0.0251 μ g/mL). We define the structural and functional determinants of binding for all four VOC-targeting antibodies, and show that combinations of two antibodies decrease the in vitro generation of escape mutants, suggesting potential means to mitigate resistance development. These results define the basis of therapeutic cocktails against VOCs and suggest that targeted boosting of existing immunity may increase vaccine breadth against VOCs.

Abstract The isolation and characterization of neutralizing antibodies from infection and vaccine settings will inform future vaccine design, and methodologies that streamline the isolation of antibodies and the generation of B cell clones are of great interest. Retroviral transduction to express Bcl-6 and Bcl-xL in primary B cells has been shown to promote long-term B cell survival and antibody secretion in vitro , and can be used to isolate antibodies from memory B cells. The application of this methodology to B cell subsets from tissues and to B cells from individuals with chronic infection has not been extensively characterized. Here, we characterize Bcl-6/Bcl-xL B cell immortalization across multiple tissue types and B cell subsets in healthy and HIV-1 infected individuals, as well as individuals recovering from malaria. In HIV-1- and malaria-uninfected donors, naïve and memory B cell subsets from PBMC and tonsil tissue transformed with similar efficiencies, and displayed similar characteristics after transformation with respect to their longevity and immunoglobulin secretion. In HIV-1-viremic individuals or in individuals after malaria infection, the CD27 - CD21 - memory B cell subsets transformed with lower efficiencies compared to the CD27 + CD21 + populations, but following transformation B cells expanded and secreted IgG with similar efficiency. Using B cells from HIV-1-infected individuals, we combined Bcl-6/Bcl-xL B cell immortalization with a HIV-1 microneutralization assay to isolate broadly neutralizing antibodies related to VRC13 and VRC38.01. Overall, Bcl-6/Bcl-xL B cell immortalization can be used to isolate antibodies and generate B cell clones from multiple different B cell populations, albeit with different efficiencies.

ABSTRACT The continual emergence of novel coronavirus (CoV) strains, like SARS-CoV-2, highlights the critical need for broadly reactive therapeutics and vaccines against this family of viruses. Coronavirus spike (S) proteins share common structural motifs that could be vulnerable to cross-reactive antibody responses. To study this phenomenon in human coronavirus infection, we applied a high-throughput sequencing method called LIBRA-seq (Linking B cell receptor to antigen specificity through sequencing) to a SARS-CoV-1 convalescent donor sample. We identified and characterized a panel of six monoclonal antibodies that cross-reacted with S proteins from the highly pathogenic SARS-CoV-1 and SARS-CoV-2 and demonstrated a spectrum of reactivity against other coronaviruses. Epitope mapping revealed that these antibodies recognized multiple epitopes on SARS-CoV-2 S, including the receptor binding domain (RBD), N-terminal domain (NTD), and S2 subunit. Functional characterization demonstrated that the antibodies mediated a variety of Fc effector functions in vitro and mitigated pathological burden in vivo . The identification of cross-reactive epitopes recognized by functional antibodies expands the repertoire of targets for pan-coronavirus vaccine design strategies that may be useful for preventing potential future coronavirus outbreaks.

Summary Human antibody responses are established by the generation of combinatorial sequence diversity in antibody variable domains, followed by iterative rounds of mutation and selection via T cell recognition of antigen peptides presented on MHC-II. Here, we report that MHC-II peptide epitope deletion from B cell receptors (BCRs) correlates with antibody development in vivo . Large-scale antibody sequence analysis and experimental validation of peptide binding revealed that MHC-II epitope removal from BCRs is linked to genetic signatures of T cell help, and donor-specific antibody repertoire modeling demonstrated that somatic hypermutation selectively targets the personalized MHC-II epitopes in antibody variable regions. Mining of class-switched sequences and serum proteomic data revealed that MHC-II epitope deletion is associated with antibody class switching and long-term secretion into serum. These data suggest that the MHC-II peptide epitope content of a BCR is an important determinant of antibody maturation that shapes the composition and durability of humoral immunity. Highlights Antibody somatic hypermutation selectively removes MHC-II peptide epitopes from B cell receptors. Antibodies with lower MHC-II epitope content show evidence of greater T cell help, including class-switching. MHC-II peptide epitope removal from a BCR is linked to long-term antibody secretion in serum. MHC-II genotype provides a personalized selection pressure on human antibody development.