Abstract

 Here, we show that the β-chemokine receptor CKR-5 serves as a cofactor for M-tropic HIV viruses. Expression of CKR-5 with CD4 enables nonpermissive cells to form syncytia with cells expressing M-tropic, but not T-tropic, HIV-1 env proteins. Expression of CKR-5 and CD4 enables entry of a M-tropic, but not a T-tropic, virus strain. A dual-tropic primary HIV-1 isolate (89.6) utilizes both Fusin and CKR-5 as entry cofactors. Cells expressing the 89.6 env protein form syncytia with QT6 cells expressing CD4 and either Fusin or CKR-5. The β-chemokine receptors CKR-3 and CKR-2b support HIV-1 89.6 env-mediated syncytia formation but do not support fusion by any of the T-tropic or M-tropic strains tested. Our results suggest that the T-tropic viruses characteristic of disease progression may evolve from purely M-tropic viruses prevalent early in virus infection through changes in the env protein that enable the virus to use multiple entry cofactors.

Monoclonal Zika-virus-neutralizing human antibodies can protect against maternal–fetal transmission, infection and disease. This paper reports the isolation of human monoclonal antibodies from the B cells of eight subjects who had recovered from Zika virus infection. The authors determine the immune specificity and epitope recognition patterns of the antibodies and demonstrate that one of the pan-ZIKV neutralizing antibodies, termed ZIKV-117, can protect mice both post-infection and pre-infection, and provide fetal protection in a pregnancy model. Zika virus (ZIKV) is an emerging mosquito-transmitted flavivirus that can cause severe disease, including congenital birth defects during pregnancy1. To develop candidate therapeutic agents against ZIKV, we isolated a panel of human monoclonal antibodies from subjects that were previously infected with ZIKV. We show that a subset of antibodies recognize diverse epitopes on the envelope (E) protein and exhibit potent neutralizing activity. One of the most inhibitory antibodies, ZIKV-117, broadly neutralized infection of ZIKV strains corresponding to African and Asian-American lineages. Epitope mapping studies revealed that ZIKV-117 recognized a unique quaternary epitope on the E protein dimer–dimer interface. We evaluated the therapeutic efficacy of ZIKV-117 in pregnant and non-pregnant mice. Monoclonal antibody treatment markedly reduced tissue pathology, placental and fetal infection, and mortality in mice. Thus, neutralizing human antibodies can protect against maternal–fetal transmission, infection and disease, and reveal important determinants for structure-based rational vaccine design efforts.

Most human monoclonal antibodies (mAbs) neutralizing SARS-CoV-2 recognize the spike (S) protein receptor-binding domain and block virus interactions with the cellular receptor angiotensin-converting enzyme 2. We describe a panel of human mAbs binding to diverse epitopes on the N-terminal domain (NTD) of S protein from SARS-CoV-2 convalescent donors and found a minority of these possessed neutralizing activity. Two mAbs (COV2-2676 and COV2-2489) inhibited infection of authentic SARS-CoV-2 and recombinant VSV/SARS-CoV-2 viruses. We mapped their binding epitopes by alanine-scanning mutagenesis and selection of functional SARS-CoV-2 S neutralization escape variants. Mechanistic studies showed that these antibodies neutralize in part by inhibiting a post-attachment step in the infection cycle. COV2-2676 and COV2-2489 offered protection either as prophylaxis or therapy, and Fc effector functions were required for optimal protection. Thus, natural infection induces a subset of potent NTD-specific mAbs that leverage neutralizing and Fc-mediated activities to protect against SARS-CoV-2 infection using multiple functional attributes.

Arthritogenic alphaviruses comprise a group of enveloped RNA viruses that are transmitted to humans by mosquitoes and cause debilitating acute and chronic musculoskeletal disease 1 . The host factors required for alphavirus entry remain poorly characterized 2 . Here we use a genome-wide CRISPR–Cas9-based screen to identify the cell adhesion molecule Mxra8 as an entry mediator for multiple emerging arthritogenic alphaviruses, including chikungunya, Ross River, Mayaro and O’nyong nyong viruses. Gene editing of mouse Mxra8 or human MXRA8 resulted in reduced levels of viral infection of cells and, reciprocally, ectopic expression of these genes resulted in increased infection. Mxra8 bound directly to chikungunya virus particles and enhanced virus attachment and internalization into cells. Consistent with these findings, Mxra8–Fc fusion protein or anti-Mxra8 monoclonal antibodies blocked chikungunya virus infection in multiple cell types, including primary human synovial fibroblasts, osteoblasts, chondrocytes and skeletal muscle cells. Mutagenesis experiments suggest that Mxra8 binds to a surface-exposed region across the A and B domains of chikungunya virus E2 protein, which are a speculated site of attachment. Finally, administration of the Mxra8–Fc protein or anti-Mxra8 blocking antibodies to mice reduced chikungunya and O’nyong nyong virus infection as well as associated foot swelling. Pharmacological targeting of Mxra8 could form a strategy for mitigating infection and disease by multiple arthritogenic alphaviruses. The cell adhesion molecule Mxra8 is identified as a receptor for multiple arthritogenic alphaviruses such as chikungunya virus, and anti-Mxra8 monoclonal antibodies are shown to reduce rates of chikungunya virus infection in mice and a range of human cells.

Unrelated individuals can produce genetically similar clones of antibodies, known as public clonotypes, which have been seen in responses to different infectious diseases, as well as healthy individuals. Here we identify 37 public clonotypes in memory B cells from convalescent survivors of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection or in plasmablasts from an individual after vaccination with mRNA-encoded spike protein. We identify 29 public clonotypes, including clones recognizing the receptor-binding domain (RBD) in the spike protein S1 subunit (including a neutralizing, angiotensin-converting enzyme 2 [ACE2]-blocking clone that protects in vivo) and others recognizing non-RBD epitopes that bind the S2 domain. Germline-revertant forms of some public clonotypes bind efficiently to spike protein, suggesting these common germline-encoded antibodies are preconfigured for avid recognition. Identification of large numbers of public clonotypes provides insight into the molecular basis of efficacy of SARS-CoV-2 vaccines and sheds light on the immune pressures driving the selection of common viral escape mutants.

Abstract The emergence and reemergence of highly virulent viral pathogens with pandemic potential has created an urgent need for accelerated discovery of antiviral therapeutics. Antiviral human monoclonal (mAbs) are promising drug candidates to prevent or treat severe viral diseases, but the long timelines needed for discovery limits their rapid deployment and use. Here, we report the development of an integrated sequence of technologies incorporating advances in single-cell mRNA sequence analysis, bioinformatics, synthetic biology, and high-throughput functional analysis that allowed us to discover highly potent antiviral human mAbs and validate their activity in vivo at an unprecedented scale, speed, and efficiency. In a 78-day study, modeling deployment of a rapid response platform to an outbreak, we isolated >100 individual Zika virus (ZIKV) specific human mAbs, assessed their function, identified 29 broadly-neutralizing mAbs, and verified therapeutic potency of lead candidates with antibody-encoding mRNA formulation and/or IgG protein delivery in mice and nonhuman primates. Our work provides a roadmap for the rapid antibody discovery programs against viral pathogens of global concern.

SUMMARY Understanding the human antibody response to emerging viral pathogens is key to epidemic preparedness. As the size of the B cell response to a pathogenic virus protective antigen is undefined, we performed deep paired heavy and light chain sequencing in EBOV-GP specific memory B cells, allowing analysis of the ebolavirus-specific antibody repertoire both genetically and functionally. This approach facilitated investigation of the molecular and genetic basis for evolution of cross-reactive antibodies by elucidating germline-encoded properties of antibodies to EBOV and identification of the overlap between antibodies in the memory B-cell and serum repertoire. We identified 73 public clonotypes to EBOV, 20% of which encoded antibodies with neutralization activity and capacity to protect in vivo . This comprehensive analysis of the public and private antibody repertoire provides insight into the molecular basis of the humoral immune response to EBOV-GP, which informs vaccine design of new vaccines and improved therapeutics.