Multiple sclerosis (MS) is a heterogenous autoimmune disease in which autoreactive lymphocytes attack the myelin sheath of the central nervous system. B lymphocytes in the cerebrospinal fluid (CSF) of patients with MS contribute to inflammation and secrete oligoclonal immunoglobulins1,2. Epstein-Barr virus (EBV) infection has been epidemiologically linked to MS, but its pathological role remains unclear3. Here we demonstrate high-affinity molecular mimicry between the EBV transcription factor EBV nuclear antigen 1 (EBNA1) and the central nervous system protein glial cell adhesion molecule (GlialCAM) and provide structural and in vivo functional evidence for its relevance. A cross-reactive CSF-derived antibody was initially identified by single-cell sequencing of the paired-chain B cell repertoire of MS blood and CSF, followed by protein microarray-based testing of recombinantly expressed CSF-derived antibodies against MS-associated viruses. Sequence analysis, affinity measurements and the crystal structure of the EBNA1-peptide epitope in complex with the autoreactive Fab fragment enabled tracking of the development of the naive EBNA1-restricted antibody to a mature EBNA1-GlialCAM cross-reactive antibody. Molecular mimicry is facilitated by a post-translational modification of GlialCAM. EBNA1 immunization exacerbates disease in a mouse model of MS, and anti-EBNA1 and anti-GlialCAM antibodies are prevalent in patients with MS. Our results provide a mechanistic link for the association between MS and EBV and could guide the development of new MS therapies.

ABSTRACT Anti-citrullinated protein antibodies (ACPAs) are a hallmark of rheumatoid arthritis (RA) and have long been considered to contribute to pathogenesis. In this study, we sequenced the plasmablast antibody repertoires of RA patients and functionally characterized their encoded ACPAs. Recombinantly expressed monoclonal ACPAs bound citrullinated autoantigens, as well as autocitrullinated peptidylarginine deiminase 4 (PAD4). Using the collagen antibody induced arthritis (CAIA) mouse model, we demonstrated that the recombinant ACPAs significantly reduced paw thickness and arthritis severity as compared to isotype-matched control antibodies. Treatment with recombinant ACPAs also significantly reduced bone erosions, synovitis, and cartilage damage in histologic analysis of paws. This amelioration was observed for all the ACPAs tested and was independent of citrullinated antigen specificities. Furthermore, disease amelioration was more prominent when ACPAs were injected at earlier stages of CAIA than at later phases of the model, implying that ACPAs’ anti-inflammatory effects were more preventative than therapeutic. This study highlights a potential protective role for ACPAs in RA.