The ongoing pandemic of coronavirus disease 2019 (COVID-19), which is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), is a major threat to global health1 and the medical countermeasures available so far are limited2,3. Moreover, we currently lack a thorough understanding of the mechanisms of humoral immunity to SARS-CoV-24. Here we analyse a large panel of human monoclonal antibodies that target the spike (S) glycoprotein5, and identify several that exhibit potent neutralizing activity and fully block the receptor-binding domain of the S protein (SRBD) from interacting with human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2). Using competition-binding, structural and functional studies, we show that the monoclonal antibodies can be clustered into classes that recognize distinct epitopes on the SRBD, as well as distinct conformational states of the S trimer. Two potently neutralizing monoclonal antibodies, COV2-2196 and COV2-2130, which recognize non-overlapping sites, bound simultaneously to the S protein and neutralized wild-type SARS-CoV-2 virus in a synergistic manner. In two mouse models of SARS-CoV-2 infection, passive transfer of COV2-2196, COV2-2130 or a combination of both of these antibodies protected mice from weight loss and reduced the viral burden and levels of inflammation in the lungs. In addition, passive transfer of either of two of the most potent ACE2-blocking monoclonal antibodies (COV2-2196 or COV2-2381) as monotherapy protected rhesus macaques from SARS-CoV-2 infection. These results identify protective epitopes on the SRBD and provide a structure-based framework for rational vaccine design and the selection of robust immunotherapeutic agents. An analysis identifies human monoclonal antibodies that potently neutralize wild-type SARS-CoV-2 and protect animals from disease, including two that synergize in a cocktail, suggesting that these could be candidates for use as therapeutic agents for the treatment of COVID-19 in humans.

The COVID-19 pandemic is a major threat to global health for which there are only limited medical countermeasures, and we lack a thorough understanding of mechanisms of humoral immunity 1,2 . From a panel of monoclonal antibodies (mAbs) targeting the spike (S) glycoprotein isolated from the B cells of infected subjects, we identified several mAbs that exhibited potent neutralizing activity with IC 50 values as low as 0.9 or 15 ng/mL in pseudovirus or wild-type ( wt ) SARS-CoV-2 neutralization tests, respectively. The most potent mAbs fully block the receptor-binding domain of S (S RBD ) from interacting with human ACE2. Competition-binding, structural, and functional studies allowed clustering of the mAbs into defined classes recognizing distinct epitopes within major antigenic sites on the S RBD . Electron microscopy studies revealed that these mAbs recognize distinct conformational states of trimeric S protein. Potent neutralizing mAbs recognizing unique sites, COV2-2196 and COV2-2130, bound simultaneously to S and synergistically neutralized authentic SARS-CoV-2 virus. In two murine models of SARS-CoV-2 infection, passive transfer of either COV2-2916 or COV2-2130 alone or a combination of both mAbs protected mice from severe weight loss and reduced viral burden and inflammation in the lung. These results identify protective epitopes on the S RBD and provide a structure-based framework for rational vaccine design and the selection of robust immunotherapeutic cocktails.

Summary Antibodies that target the glycan cap epitope on ebolavirus glycoprotein (GP) are common in the adaptive response of survivors. A subset is known to be broadly neutralizing, but the details of their epitopes and basis for neutralization is not well-understood. Here we present cryo-electron microscopy (cryo-EM) structures of several glycan cap antibodies that variably synergize with GP base-binding antibodies. These structures describe a conserved site of vulnerability that anchors the mucin-like domains (MLD) to the glycan cap, which we name the MLD-anchor and cradle. Antibodies that bind to the MLD-cradle share common features, including the use of IGHV1-69 and IGHJ6 germline genes, which exploit hydrophobic residues and form beta-hairpin structures to mimic the MLD-anchor, disrupt MLD attachment, destabilize GP quaternary structure and block cleavage events required for receptor binding. Our results collectively provide a molecular basis for ebolavirus neutralization by broadly reactive glycan cap antibodies.

Abstract Antibodies to Ebola virus glycoprotein (EBOV GP) represent an important correlate of the vaccine efficiency and infection survival. Both neutralization and some of the Fc-mediated effects are known to contribute the protection conferred by antibodies of various epitope specificities. At the same time, the role of the complement system remains unclear. Here, we compare complement activation by two groups of representative monoclonal antibodies (mAbs) interacting with the glycan cap (GC) or the membrane-proximal external region (MPER) of GP. Binding of GC-specific mAbs to GP induces complement-dependent cytotoxicity (CDC) in the GP-expressing cell line via C3 deposition on GP in contrast to MPER-specific mAbs. In the mouse model of EBOV infection, depletion of the complement system leads to an impairment of protection exerted by one of the GC-specific, but not MPER-specific mAbs. Our data suggest that activation of the complement system represents an important mechanism of antiviral protection by GC antibodies.

Influenza B viruses (IBVs) comprise a substantial portion of the circulating seasonal human influenza viruses. Here, we describe the isolation of human monoclonal antibodies (mAbs) that recognized the IBV neuraminidase (NA) glycoprotein from an individual following seasonal vaccination. Competition-binding experiments suggested the antibodies recognized two major antigenic sites. One group, which included mAb FluB-393, broadly inhibited IBV NA sialidase activity, protected prophylactically in vivo, and bound to the lateral corner of NA. The second group contained an active site mAb, FluB-400, that broadly inhibited IBV NA sialidase activity and virus replication in vitro in primary human respiratory epithelial cell cultures and protected against IBV in vivo when administered systemically or intranasally. Overall, the findings described here shape our mechanistic understanding of the human immune response to the IBV NA glycoprotein through the demonstration of two mAb delivery routes for protection against IBV and the identification of potential IBV therapeutic candidates.