A single sugar makes all the difference Antibodies are divided into several classes based on their nonvariable tail (Fc) domains. These regions interact with disparate immune cell receptors and complement proteins to help instruct distinct immune responses. The Fc domain of immunoglobulin G (IgG) antibodies contains a conserved N-linked glycan at position 297. However, the particular glycan used at this position is highly variable. IgG lacking core fucosylation at this position initiates enhanced antibody-dependent cellular cytotoxicity by increased affinity to the Fc receptor FcRIIIa. Larsen et al. report that COVID-19 patients with severe symptoms have increased levels of anti–severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) IgG afucosylation compared with patients with mild disease. These findings suggest that treatment of COVID-19 patients with fucosylated anti–SARS-CoV-2 antibodies may circumvent pathologies associated with severe COVID-19. Science , this issue p. eabc8378

Abstract For yet unknown reasons, severely ill COVID-19 patients often become critically ill around the time of activation of adaptive immunity. Here, we show that anti-Spike IgG from serum of severely ill COVID-19 patients induces a hyper-inflammatory response by human macrophages, which subsequently breaks pulmonary endothelial barrier integrity and induces microvascular thrombosis. The excessive inflammatory capacity of this anti-Spike IgG is related to glycosylation changes in the IgG Fc tail. Moreover, the hyper-inflammatory response induced by anti-Spike IgG can be specifically counteracted in vitro by use of the active component of fostamatinib, an FDA- and EMA-approved therapeutic small molecule inhibitor of Syk. One sentence summary Anti-Spike IgG promotes hyper-inflammation.

Abstract IgG antibodies are crucial for protection against invading pathogens. A highly conserved N-linked glycan within the IgG-Fc-tail, essential for IgG function, shows variable composition in humans. Afucosylated IgG variants are already used in anti-cancer therapeutic antibodies for their elevated binding and killing activity through Fc receptors (FcγRIIIa). Here, we report that afucosylated IgG which are of minor abundance in humans (∼6% of total IgG) are specifically formed against surface epitopes of enveloped viruses after natural infections or immunization with attenuated viruses, while protein subunit immunization does not elicit this low fucose response. This can give beneficial strong responses, but can also go awry, resulting in a cytokine-storm and immune-mediated pathologies. In the case of COVID-19, the critically ill show aggravated afucosylated-IgG responses against the viral spike protein. In contrast, those clearing the infection unaided show higher fucosylation levels of the anti-spike protein IgG. Our findings indicate antibody glycosylation as a potential factor in inflammation and protection in enveloped virus infections including COVID-19.

Abstract The onset of severe SARS-CoV-2 infection is characterized by the presence of afucosylated IgG1 responses against the viral spike (S) protein, which can trigger exacerbated inflammatory responses. Here, we studied IgG glycosylation after BNT162b2 SARS-CoV-2 mRNA vaccination to explore whether vaccine-induced S protein expression on host cells also generates afucosylated IgG1 responses. SARS-CoV-2 naive individuals initially showed a transient afucosylated anti-S IgG1 response after the first dose, albeit to a lower extent than severely ill COVID-19 patients. In contrast, previously infected, antigen-experienced individuals had low afucosylation levels, which slightly increased after immunization. Afucosylation levels after the first dose correlated with low fucosyltransferase 8 (FUT8) expression levels in a defined plasma cell subset. Remarkably, IgG afucosylation levels after primary vaccination correlated significantly with IgG levels after the second dose. Further studies are needed to assess efficacy, inflammatory potential, and protective capacity of afucosylated IgG responses. One sentence summary A transient afucosylated IgG response to the BNT162b2 mRNA vaccine was observed in naive but not in antigen-experienced individuals, which predicted antibody titers upon the second dose.

Patients diagnosed with coronavirus disease 2019 (COVID-19) become critically ill primarily around the time of activation of the adaptive immune response. Here, we provide evidence that antibodies play a role in the worsening of disease at the time of seroconversion. We show that early phase severe acute respiratory distress syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike protein-specific IgG in serum of critically ill COVID-19 patients induces excessive inflammatory responses by human alveolar macrophages. We identified that this excessive inflammatory response is dependent on two antibody features that are specific for patients with severe COVID-19. First, inflammation is driven by high titers of anti-spike IgG, a hallmark of severe disease. Second, we found that anti-spike IgG from patients with severe COVID-19 is intrinsically more pro-inflammatory because of different glycosylation, particularly low fucosylation, of the antibody Fc tail. Notably, low fucosylation of anti-spike IgG was normalized in a few weeks after initial infection with SARS-CoV-2, indicating that the increased antibody-dependent inflammation mainly occurs at the time of seroconversion. We identified Fcγ Receptor (FcγR) IIa and FcγRIII as the two primary IgG receptors that are responsible for the induction of key COVID-19-associated cytokines such as interleukin-6 and tumor necrosis factor. In addition, we show that anti-spike IgG-activated human macrophages can subsequently break pulmonary endothelial barrier integrity and induce microvascular thrombosis in vitro. Finally, we demonstrate that the inflammatory response induced by anti-spike IgG can be specifically counteracted by fostamatinib, an FDA- and EMA-approved therapeutic small molecule inhibitor of Syk kinase.