The World Health Organization has recently declared the ongoing outbreak of COVID-19, which is caused by a novel coronavirus SARS-CoV-2, as pandemic. There is currently a lack of knowledge in the antibody response elicited from SARS-CoV-2 infection. One major immunological question is concerning the antigenic differences between SARS-CoV-2 and SARS-CoV. We address this question by using plasma from patients infected by SARS-CoV-2 or SARS-CoV, and plasma obtained from infected or immunized mice. Our results show that while cross-reactivity in antibody binding to the spike protein is common, cross-neutralization of the live viruses is rare, indicating the presence of non-neutralizing antibody response to conserved epitopes in the spike. Whether these non-neutralizing antibody responses will lead to antibody-dependent disease enhancement needs to be addressed in the future. Overall, this study not only addresses a fundamental question regarding the antigenicity differences between SARS-CoV-2 and SARS-CoV, but also has important implications in vaccine.

SUMMARY Antigenic imprinting, which describes the bias of antibody response due to previous immune history, can influence vaccine effectiveness and has been reported in different viruses. Give that COVID-19 vaccine development is currently a major focus of the world, there is a lack of understanding of how background immunity influence antibody response to SARS-CoV-2. This study provides evidence for antigenic imprinting in Sarbecovirus , which is the subgenus that SARS-CoV-2 belongs to. Specifically, we sequentially immunized mice with two antigenically distinct Sarbecovirus strains, namely SARS-CoV and SARS-CoV-2. We found that the neutralizing antibodies triggered by the sequentially immunization are dominantly against the one that is used for priming. Given that the impact of the background immunity on COVID-19 is still unclear, our results will provide important insights into the pathogenesis of this disease as well as COVID-19 vaccination strategy.

SUMMARY The increasing numbers of infected cases of coronavirus disease 2019 (COVID-19) caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) poses serious threats to public health and the global economy. Most SARS-CoV-2 neutralizing antibodies target the receptor binding domain (RBD) and some the N-terminal domain (NTD) of the spike protein, which is the major antigen of SARS-CoV-2. While the antibody response to RBD has been extensively characterized, the antigenicity and immunogenicity of the NTD protein are less well studied. Using 227 plasma samples from COVID-19 patients, we showed that SARS-CoV-2 NTD-specific antibodies could be induced during infection. As compared to the serological response to SARS-CoV-2 RBD, the SARS-CoV-2 NTD response is less cross-reactive with SARS-CoV. Furthermore, neutralizing antibodies are rarely elicited in a mice model when NTD is used as an immunogen. We subsequently demonstrate that NTD has an altered antigenicity when expressed alone. Overall, our results suggest that while NTD offers an alternative strategy for serology testing, it may not be suitable as an immunogen for vaccine development.