ABSTRACT In the absence of effective vaccines and with limited therapeutic options, convalescent plasma is being collected across the globe for potential transfusion to COVID-19 patients. The therapy has been deemed safe and several clinical trials assessing its efficacy are ongoing. While it remains to be formally proven, the presence of neutralizing antibodies is thought to play a positive role in the efficacy of this treatment. Indeed, neutralizing titers of ≥1:160 have been recommended in some convalescent plasma trials for inclusion. Here we performed repeated analyses at one-month interval on 31 convalescent individuals to evaluate how the humoral responses against the SARS-CoV-2 Spike, including neutralization, evolve over time. We observed that receptor-binding domain (RBD)-specific IgG slightly decreased between six and ten weeks after symptoms onset but RBD-specific IgM decreased much more abruptly. Similarly, we observed a significant decrease in the capacity of convalescent plasma to neutralize pseudoparticles bearing SARS-CoV-2 S wild-type or its D614G variant. If neutralization activity proves to be an important factor in the clinical efficacy of convalescent plasma transfer, our results suggest that plasma from convalescent donors should be recovered rapidly after symptoms resolution.

Abstract Characterization of the humoral response to SARS-CoV-2, the etiological agent of Covid-19, is essential to help control the infection. In this regard, we and others recently reported that the neutralization activity of plasma from COVID-19 patients decreases rapidly during the first weeks after recovery. However, the specific role of each immunoglobulin isotype in the overall neutralizing capacity is still not well understood. In this study, we selected plasma from a cohort of Covid-19 convalescent patients and selectively depleted immunoglobulin A, M or G before testing the remaining neutralizing capacity of the depleted plasma. We found that depletion of immunoglobulin M was associated with the most substantial loss of virus neutralization, followed by immunoglobulin G. This observation may help design efficient antibody-based COVID-19 therapies and may also explain the increased susceptibility to SARS-CoV-2 of autoimmune patients receiving therapies that impair the production of IgM.

SARS-CoV-2 spike (S) mediates entry into cells and is critical for vaccine development against COVID-19. S is synthesized as a precursor, processed into S1 and S2 by furin proteases, and activated for fusion when human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) engages the receptor-binding domain (RBD) and when the N-terminus of S2 is proteolytically processed. Structures of soluble ectodomains and native virus particles have revealed distinct conformations of S, including a closed trimer with all RBD oriented downward, trimers with one or two RBDs up, and hACE2-stabilized conformations with up to three RBD oriented up. Real-time information that connects these structures, however, has been lacking. Here we apply single-molecule Forster Resonance Energy Transfer (smFRET) imaging to observe conformational dynamics of S on virus particles. Virus-associated S dynamically samples at least four distinct conformational states. In response to hACE2, S opens into the hACE2-bound S conformation through at least one on-path intermediate, with trypsin partially activating S. Conformational preferences of convalescent patient plasma and monoclonal antibodies suggest mechanisms of neutralization involving either direct competition with hACE2 for binding to RBD or allosteric interference with conformational changes required for entry. Our findings inform on mechanisms of S recognition and on conformations for immunogen design.

Abstract Convalescent plasma from SARS-CoV-2 infected individuals and monoclonal antibodies were shown to potently neutralize viral and pseudoviral particles carrying the S glycoprotein. However, a non-negligent proportion of plasma samples from infected individuals as well as S-specific monoclonal antibodies were reported to be non-neutralizing despite efficient interaction with the S glycoprotein in different biochemical assays using soluble recombinant forms of S or when expressed at the cell surface. How neutralization relates to binding of S glycoprotein in the context of viral particles remains to be established. Here we developed a pseudovirus capture assay (VCA) to measure the capacity of plasma samples or antibodies immobilized on ELISA plates to bind to membrane-bound S glycoproteins from SARS-CoV-2 expressed at the surface of lentiviral particles. By performing VCA and neutralization assays we observed a strong correlation between these two parameters. However, while we found that plasma samples unable to capture viral particles did not neutralize, capture did not guarantee neutralization, indicating that the capacity of antibodies to bind to the S glycoprotein at the surface of viral particles is required but not sufficient to mediate neutralization. Altogether, our results highlights the importance of better understanding the inactivation of S by plasma and neutralizing antibodies.

SUMMARY COVID-19 convalescent plasmas (CCPs) are chosen for plasma therapy based on neutralizing titers and anti-Spike immunoglobulin levels. However, specific CCP characteristics that promote SARS-CoV-2 control in recipients are complex and incompletely defined. Using an in vivo imaging approach, we demonstrate that CCPs with low neutralizing and high Fc-effector activity, in contrast to those with poor Fc-function, afford effective prophylaxis and therapy in K18-hACE2 mice lethally challenged with SARS-CoV-2-nLuc. Macrophages and neutrophils significantly contributed to CCP effects during therapy but to a reduced extent under prophylaxis. Both IgG and Ig(M+A) were required during therapy, but the IgG fraction alone was sufficient during prophylaxis. Finally, despite neutralizing poorly, SARS-CoV-2 Wuhan-elicited CCPs delayed Delta and Beta variants of concern (VOC)-induced mortality in mice illustrating the contribution of polyclonal Fc-effector functions in immunity against VOCs. Thus, in addition to neutralization, Fc-effector activity is a significant criterion for CCP selection for therapeutic applications.

SUMMARY Continuous emergence of SARS-CoV-2 variants of concern (VOC) is fueling the COVID-19 pandemic. Omicron (B.1.1.529), is rapidly spreading worldwide. The large number of mutations in its Spike raised concerns about a major antigenic drift that could significantly decrease vaccine efficacy and infection-induced immunity. A long interval between BNT162b2 mRNA doses was shown to elicit antibodies that efficiently recognize Spikes from different VOCs. Here we evaluated the recognition of Omicron Spike by plasma from a cohort of SARS-CoV-2 naïve and previously-infected individuals that received their BNT162b2 mRNA vaccine 16-weeks apart. Omicron Spike was recognized less efficiently than D614G, Alpha, Beta, Gamma and Delta Spikes. We compared to plasma activity from participants receiving a short (4-weeks) interval regimen. Plasma from individuals of the long interval cohort recognized and neutralized better the Omicron Spike compared to those that received a short interval. Whether this difference confers any clinical benefit against Omicron remains unknown.

Summary HIV-1 Envelope (Env) conformation determines the susceptibility of infected CD4 + T cells to Antibody Dependent Cellular Cytotoxicity (ADCC). Upon interaction with CD4, Env adopts more “open” conformations, exposing ADCC epitopes. HIV-1 limits Env-CD4 interaction and protects infected cells against ADCC by downregulating CD4 via Nef, Vpu and Env. Limited data exists however of the role of these proteins in downmodulating CD4 on infected macrophages and how this impacts Env conformation. While Nef, Vpu and Env are all required to efficiently downregulate CD4 on infected CD4 + T cells, we show here that any one of these proteins is sufficient to downmodulate most CD4 from the surface of infected macrophages. Consistent with this finding, Nef and Vpu have a lesser impact on Env conformation and ADCC sensitivity in infected macrophages compared to CD4 + T cells. However, treatment of infected macrophages with small CD4-mimetics expose vulnerable CD4-induced Env epitopes and sensitize them to ADCC.

Abstract The standard dosing of the Pfizer/BioNTech BNT162b2 mRNA vaccine validated in clinical trials includes two doses administered three weeks apart. While the decision by some public health authorities to space the doses because of limiting supply has raised concerns about vaccine efficacy, data indicate that a single dose is up to 90% effective starting 14 days after its administration. We analyzed humoral and T cells responses three weeks after a single dose of this mRNA vaccine. Despite the proven efficacy of the vaccine at this time point, no neutralizing activity were elicited in SARS-CoV-2 naïve individuals. However, we detected strong anti-receptor binding domain (RBD) and Spike antibodies with Fc-mediated effector functions and cellular responses dominated by the CD4 + T cell component. A single dose of this mRNA vaccine to individuals previously infected by SARS-CoV-2 boosted all humoral and T cell responses measured, with strong correlations between T helper and antibody immunity. Neutralizing responses were increased in both potency and breadth, with distinctive capacity to neutralize emerging variant strains. Our results highlight the importance of vaccinating uninfected and previously-infected individuals and shed new light into the potential role of Fc-mediated effector functions and T cell responses in vaccine efficacy. They also provide support to spacing the doses of two-vaccine regimens to vaccinate a larger pool of the population in the context of vaccine scarcity against SARS-CoV-2.

ABSTRACT The SARS-CoV-2 virus is responsible for the current worldwide coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, infecting millions of people and causing hundreds of thousands of deaths. The Spike glycoprotein of SARS-CoV-2 mediates viral entry and is the main target for neutralizing antibodies. Understanding the antibody response directed against SARS-CoV-2 is crucial for the development of vaccine, therapeutic and public health interventions. Here we performed a cross-sectional study on 106 SARS-CoV-2-infected individuals to evaluate humoral responses against the SARS-CoV-2 Spike. The vast majority of infected individuals elicited anti-Spike antibodies within 2 weeks after the onset of symptoms. The levels of receptor-binding domain (RBD)-specific IgG persisted overtime, while the levels of anti-RBD IgM decreased after symptoms resolution. Some of the elicited antibodies cross-reacted with other human coronaviruses in a genus-restrictive manner. While most of individuals developed neutralizing antibodies within the first two weeks of infection, the level of neutralizing activity was significantly decreased over time. Our results highlight the importance of studying the persistence of neutralizing activity upon natural SARS-CoV-2 infection.

Spacing of the BNT162b2 mRNA doses beyond 3 weeks raised concerns about vaccine efficacy. We longitudinally analyzed B cell, T cell and humoral responses to two BNT162b2 mRNA doses administered 16 weeks apart in 53 SARS-CoV-2 naïve and previously-infected donors. This regimen elicited robust RBD-specific B cell responses whose kinetics differed between cohorts, the second dose leading to increased magnitude in naïve participants only. While boosting did not increase magnitude of CD4 + T cell responses further compared to the first dose, unsupervised clustering analyses of single-cell features revealed phenotypic and functional shifts over time and between cohorts. Integrated analysis showed longitudinal immune component-specific associations, with early Thelper responses post-first dose correlating with B cell responses after the second dose, and memory Thelper generated between doses correlating with CD8 T cell responses after boosting. Therefore, boosting elicits a robust cellular recall response after the 16-week interval, indicating functional immune memory.