Neutralizing antibodies elicited by prior infection or vaccination are likely to be key for future protection of individuals and populations against SARS-CoV-2. Moreover, passively administered antibodies are among the most promising therapeutic and prophylactic anti-SARS-CoV-2 agents. However, the degree to which SARS-CoV-2 will adapt to evade neutralizing antibodies is unclear. Using a recombinant chimeric VSV/SARS-CoV-2 reporter virus, we show that functional SARS-CoV-2 S protein variants with mutations in the receptor-binding domain (RBD) and N-terminal domain that confer resistance to monoclonal antibodies or convalescent plasma can be readily selected. Notably, SARS-CoV-2 S variants that resist commonly elicited neutralizing antibodies are now present at low frequencies in circulating SARS-CoV-2 populations. Finally, the emergence of antibody-resistant SARS-CoV-2 variants that might limit the therapeutic usefulness of monoclonal antibodies can be mitigated by the use of antibody combinations that target distinct neutralizing epitopes.

The tetherin/BST2/CD317 protein blocks the release of HIV-1 and other enveloped viruses by inducing tethering of nascent particles to infected cell surfaces. The HIV-1 Vpu protein antagonizes the antiviral activity of human but not monkey tetherins and many simian immunodeficiency viruses (SIVs) do not encode Vpu. Here, we show that the apparently “missing” antitetherin activity in SIVs has been acquired by several SIV Nef proteins. Specifically, SIVMAC/SIVSMM, SIVAGM, and SIVBLU Nef proteins can suppress tetherin activity. Notably, tetherin antagonism by SIV Nef proteins is species specific, is genetically separable from other Nef activities, and is most evident with simian rather than human tetherin proteins. Accordingly, a critical determinant of sensitivity to SIVMAC Nef in the tetherin cytoplasmic tail is variable in nonhuman primate tetherins and deleted in human tetherin, likely due to selective pressures imposed by viral antagonists, perhaps including Nef proteins.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection produces B cell responses that continue to evolve for at least a year. During that time, memory B cells express increasingly broad and potent antibodies that are resistant to mutations found in variants of concern 1 . As a result, vaccination of coronavirus disease 2019 (COVID-19) convalescent individuals with currently available mRNA vaccines produces high levels of plasma neutralizing activity against all variants tested 1,2 . Here we examine memory B cell evolution five months after vaccination with either Moderna (mRNA-1273) or Pfizer-BioNTech (BNT162b2) mRNA vaccine in a cohort of SARS-CoV-2-naive individuals. Between prime and boost, memory B cells produce antibodies that evolve increased neutralizing activity, but there is no further increase in potency or breadth thereafter. Instead, memory B cells that emerge five months after vaccination of naive individuals express antibodies that are similar to those that dominate the initial response. While individual memory antibodies selected over time by natural infection have greater potency and breadth than antibodies elicited by vaccination, the overall neutralizing potency of plasma is greater following vaccination. These results suggest that boosting vaccinated individuals with currently available mRNA vaccines will increase plasma neutralizing activity but may not produce antibodies with equivalent breadth to those obtained by vaccinating convalescent individuals.

Interferons (IFNs) exert their anti-viral effects by inducing the expression of hundreds of IFN-stimulated genes (ISGs). The activity of known ISGs is insufficient to account for the antiretroviral effects of IFN, suggesting that ISGs with antiretroviral activity are yet to be described. We constructed an arrayed library of ISGs from rhesus macaques and tested the ability of hundreds of individual macaque and human ISGs to inhibit early and late replication steps for 11 members of the retroviridae from various host species. These screens uncovered numerous ISGs with antiretroviral activity at both the early and late stages of virus replication. Detailed analyses of two antiretroviral ISGs indicate that indoleamine 2,3-dioxygenase 1 (IDO1) can inhibit retroviral replication by metabolite depletion while tripartite motif-56 (TRIM56) accentuates ISG induction by IFNα and inhibits the expression of late HIV-1 genes. Overall, these studies reveal numerous host proteins that mediate the antiretroviral activity of IFNs.

Neutralizing antibodies elicited by prior infection or vaccination are likely to be key for future protection of individuals and populations against SARS-CoV-2. Moreover, passively administered antibodies are among the most promising therapeutic and prophylactic anti-SARS-CoV-2 agents. However, the degree to which SARS-CoV-2 will adapt to evade neutralizing antibodies is unclear. Using a recombinant chimeric VSV/SARS-CoV-2 reporter virus, we show that functional SARS-CoV-2 S protein variants with mutations in the receptor binding domain (RBD) and N-terminal domain that confer resistance to monoclonal antibodies or convalescent plasma can be readily selected. Notably, SARS-CoV-2 S variants that resist commonly elicited neutralizing antibodies are now present at low frequencies in circulating SARS-CoV-2 populations. Finally, the emergence of antibody-resistant SARS-CoV-2 variants that might limit the therapeutic usefulness of monoclonal antibodies can be mitigated by the use of antibody combinations that target distinct neutralizing epitopes.

Summary Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection produces B-cell responses that continue to evolve for at least one year. During that time, memory B cells express increasingly broad and potent antibodies that are resistant to mutations found in variants of concern 1 . As a result, vaccination of coronavirus disease 2019 (COVID-19) convalescent individuals with currently available mRNA vaccines produces high levels of plasma neutralizing activity against all variants tested 1, 2 . Here, we examine memory B cell evolution 5 months after vaccination with either Moderna (mRNA-1273) or Pfizer- BioNTech (BNT162b2) mRNA vaccines in a cohort of SARS-CoV-2 naïve individuals. Between prime and boost, memory B cells produce antibodies that evolve increased neutralizing activity, but there is no further increase in potency or breadth thereafter. Instead, memory B cells that emerge 5 months after vaccination of naïve individuals express antibodies that are similar to those that dominate the initial response. While individual memory antibodies selected over time by natural infection have greater potency and breadth than antibodies elicited by vaccination, the overall neutralizing potency of plasma is greater following vaccination. These results suggest that boosting vaccinated individuals with currently available mRNA vaccines will increase plasma neutralizing activity but may not produce antibodies with breadth equivalent to those obtained by vaccinating convalescent individuals.

The number and variability of the neutralizing epitopes targeted by polyclonal antibodies in SARS-CoV-2 convalescent and vaccinated individuals are key determinants of neutralization breadth and, consequently, the genetic barrier to viral escape. Using chimeric viruses and antibody-selected viral mutants, we show that multiple neutralizing epitopes, within and outside the viral receptor binding domain (RBD), are variably targeted by polyclonal plasma antibodies and coincide with sequences that are enriched for diversity in natural SARS-CoV-2 populations. By combining plasma-selected spike substitutions, we generated synthetic ‘polymutant’ spike proteins that resisted polyclonal antibody neutralization to a similar degree as currently circulating variants of concern (VOC). Importantly, by aggregating VOC-associated and plasma-selected spike substitutions into a single polymutant spike protein, we show that 20 naturally occurring mutations in SARS-CoV-2 spike are sufficient to confer near-complete resistance to the polyclonal neutralizing antibodies generated by convalescents and mRNA vaccine recipients. Strikingly however, plasma from individuals who had been infected and subsequently received mRNA vaccination, neutralized this highly resistant SARS-CoV-2 polymutant, and also neutralized diverse sarbecoviruses. Thus, optimally elicited human polyclonal antibodies against SARS-CoV-2 should be resilient to substantial future SARS-CoV-2 variation and may confer protection against future sarbecovirus pandemics.

Abstract Human monoclonal antibodies from convalescent individuals that target the SARS-CoV-2 spike protein have been deployed as therapeutics against SARS-CoV-2. However, nearly all of these antibodies have been rendered obsolete by SARS-CoV-2 variants that evolved to resist similar, naturally occurring antibodies. Here, we describe the development of human monoclonal antibodies that bind the ACE2 receptor rather than the viral spike protein. These antibodies block infection by all ACE2 binding sarbecoviruses, including emergent SARS-CoV-2 variants. Structural and biochemical analyses revealed that the antibodies target an ACE2 epitope that engages SARS-CoV-2 spike. Importantly, the antibodies do not inhibit ACE2 enzymatic activity, nor do they induce ACE depletion from cell surfaces. The antibodies exhibit favorable pharmacology and protect human ACE2 knock-in mice against SARS-CoV-2 infection. Such antibodies should be useful prophylactic and treatment agents against any current and future SARS-CoV-2 variants, as well as ACE2-binding sarbecoviruses that might emerge as future pandemic threats.

The glycosylation of viral envelope proteins can play important roles in virus biology and immune evasion. The spike (S) glycoprotein of severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) includes 22 N-linked glycosylation sequons and 17 O-linked glycosites. Here, we investigated the effect of individual glycosylation sites on SARS-CoV-2 S function in pseudotyped virus infection assays and on sensitivity to monoclonal and polyclonal neutralizing antibodies. In most cases, removal of individual glycosylation sites decreased the infectiousness of the pseudotyped virus. For glycosylation mutants in the N-terminal domain (NTD) and the receptor binding domain (RBD), reduction in pseudotype infectivity was predicted by a commensurate reduction in the level of virion-incorporated spike protein. Notably, the presence of a glycan at position N343 within the RBD had diverse effects on neutralization by RBD-specific monoclonal antibodies (mAbs) cloned from convalescent individuals. The N343 glycan reduced overall sensitivity to polyclonal antibodies in plasma from COVID-19 convalescent individuals, suggesting a role for SARS-CoV-2 spike glycosylation in immune evasion. However, vaccination of convalescent individuals produced neutralizing activity that was resilient to the inhibitory effect of the N343 glycan.

Viruses employ a variety of strategies to escape or counteract immune responses, including depletion of cell surface major histocompatibility complex class I (MHC-I), that would ordinarily present viral peptides to CD8+ cytotoxic T cells. As part of a screen to elucidate biological activities associated with individual SARS-CoV-2 viral proteins, we found that ORF7a reduced cell surface MHC-I levels by approximately 5-fold. Nevertheless, in cells infected with SARS-CoV-2, surface MHC-I levels were reduced even in the absence of ORF7a, suggesting additional mechanisms of MHC-I downregulation. ORF7a proteins from a sample of sarbecoviruses varied in their ability to induce MHC-I downregulation and, unlike SARS-CoV-2, the ORF7a protein from SARS-CoV lacked MHC-I downregulating activity. A single-amino acid at position 59 (T/F) that is variable among sarbecovirus ORF7a proteins governed the difference in MHC-I downregulating activity. SARS-CoV-2 ORF7a physically associated with the MHC-I heavy chain and inhibited the presentation of expressed antigen to CD8+ T-cells. Speficially, ORF7a prevented the assembly of the MHC-I peptide loading complex and causing retention of MHC-I in the endoplasmic reticulum. The differential ability of ORF7a proteins to function in this way might affect sarbecovirus dissemination and persistence in human populations, particularly those with infection- or vaccine-elicited immunity.