Neutralizing antibodies have become an important tool in treating infectious diseases. Recently, two separate approaches yielded successful antibody treatments for Ebola-one from genetically humanized mice and the other from a human survivor. Here, we describe parallel efforts using both humanized mice and convalescent patients to generate antibodies against the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike protein, which yielded a large collection of fully human antibodies that were characterized for binding, neutralization, and three-dimensional structure. On the basis of these criteria, we selected pairs of highly potent individual antibodies that simultaneously bind the receptor binding domain of the spike protein, thereby providing ideal partners for a therapeutic antibody cocktail that aims to decrease the potential for virus escape mutants that might arise in response to selective pressure from a single-antibody treatment.

An HIV antibody achieves potency and breadth by binding simultaneously to two conserved glycans on the viral envelope protein.

Elucidation of the genetic factors underlying chronic liver disease may reveal new therapeutic targets.We used exome sequence data and electronic health records from 46,544 participants in the DiscovEHR human genetics study to identify genetic variants associated with serum levels of alanine aminotransferase (ALT) and aspartate aminotransferase (AST). Variants that were replicated in three additional cohorts (12,527 persons) were evaluated for association with clinical diagnoses of chronic liver disease in DiscovEHR study participants and two independent cohorts (total of 37,173 persons) and with histopathological severity of liver disease in 2391 human liver samples.A splice variant (rs72613567:TA) in HSD17B13, encoding the hepatic lipid droplet protein hydroxysteroid 17-beta dehydrogenase 13, was associated with reduced levels of ALT (P=4.2×10-12) and AST (P=6.2×10-10). Among DiscovEHR study participants, this variant was associated with a reduced risk of alcoholic liver disease (by 42% [95% confidence interval {CI}, 20 to 58] among heterozygotes and by 53% [95% CI, 3 to 77] among homozygotes), nonalcoholic liver disease (by 17% [95% CI, 8 to 25] among heterozygotes and by 30% [95% CI, 13 to 43] among homozygotes), alcoholic cirrhosis (by 42% [95% CI, 14 to 61] among heterozygotes and by 73% [95% CI, 15 to 91] among homozygotes), and nonalcoholic cirrhosis (by 26% [95% CI, 7 to 40] among heterozygotes and by 49% [95% CI, 15 to 69] among homozygotes). Associations were confirmed in two independent cohorts. The rs72613567:TA variant was associated with a reduced risk of nonalcoholic steatohepatitis, but not steatosis, in human liver samples. The rs72613567:TA variant mitigated liver injury associated with the risk-increasing PNPLA3 p.I148M allele and resulted in an unstable and truncated protein with reduced enzymatic activity.A loss-of-function variant in HSD17B13 was associated with a reduced risk of chronic liver disease and of progression from steatosis to steatohepatitis. (Funded by Regeneron Pharmaceuticals and others.).

The few antibodies that can potently neutralize human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) recognize the limited number of envelope glycoprotein epitopes exposed on infectious virions. These native envelope glycoprotein complexes comprise three gp120 subunits noncovalently and weakly associated with three gp41 moieties. The individual subunits induce neutralizing antibodies inefficiently but raise many nonneutralizing antibodies. Consequently, recombinant envelope glycoproteins do not elicit strong antiviral antibody responses, particularly against primary HIV-1 isolates. To try to develop recombinant proteins that are better antigenic mimics of the native envelope glycoprotein complex, we have introduced a disulfide bond between the C-terminal region of gp120 and the immunodominant segment of the gp41 ectodomain. The resulting gp140 protein is processed efficiently, producing a properly folded envelope glycoprotein complex. The association of gp120 with gp41 is now stabilized by the supplementary intermolecular disulfide bond, which forms with approximately 50% efficiency. The gp140 protein has antigenic properties which resemble those of the virion-associated complex. This type of gp140 protein may be worth evaluating for immunogenicity as a component of a multivalent HIV-1 vaccine.

ABSTRACT The envelope glycoprotein (Env) complex of human immunodeficiency virus type 1 has evolved a structure that is minimally immunogenic while retaining its natural function of receptor-mediated virus-cell fusion. The Env complex is trimeric; its six individual subunits (three gp120 and three gp41 subunits) are associated by relatively weak, noncovalent interactions. The induction of neutralizing antibodies after vaccination with individual Env subunits has proven very difficult, probably because they are inadequate mimics of the native complex. Our hypothesis is that a stable form of the Env complex, perhaps with additional modifications to rationally alter its antigenic structure, may be a better immunogen than the individual subunits. A soluble form of Env, SOS gp140, can be made that has gp120 stably linked to the gp41 ectodomain by an intermolecular disulfide bond. This protein is fully cleaved at the proteolysis site between gp120 and gp41. However, the gp41-gp41 interactions in SOS gp140 are too weak to maintain the protein in a trimeric configuration. Consequently, purified SOS gp140 is a monomer (N. Schülke, M. S. Vesanen, R. W. Sanders, P. Zhu, D. J. Anselma, A. R. Villa, P. W. H. I. Parren, J. M. Binley, K. H. Roux, P. J. Maddon, J. P. Moore, and W. C. Olson, J. Virol. 76:7760-7776, 2002). Here we describe modifications of SOS gp140 that increase its trimer stability. A variant SOS gp140, designated SOSIP gp140, contains an isoleucine-to-proline substitution at position 559 in the N-terminal heptad repeat region of gp41. This protein is fully cleaved, has favorable antigenic properties, and is predominantly trimeric. SOSIP gp140 trimers are noncovalently associated and can be partially purified by gel filtration chromatography. These gp140 trimers are dissociated into monomers by anionic detergents or heat but are relatively resistant to nonionic detergents, high salt concentrations, or exposure to a mildly acidic pH. SOSIP gp140 should be a useful reagent for structural and immunogenicity studies.

Recently, de novo peptide sequencing has made it possible to gain new insights into the human immunopeptidome without relying on peptide databases, while identifying peptides of unknown origin. Many recent studies have attributed post-translational proteasomal splicing as the origin of those peptides. Here, we describe a peptide source assignment workflow to rigorously assign the source of de novo sequenced peptides and find that the estimated extent of post-translational splicing in the immunopeptidome is much lower than previously reported. Our approach demonstrates that many peptides that were thought to be post-translationally spliced are likely linear peptides, and many peptides that were thought to be trans-spliced could be cis-spliced. We believe our approach furthers the understanding of post-translationally spliced peptides and thus improves the characterization of immunopeptidome which plays a critical role in the immune response to antigens in cancer, autoimmune disease, and infections.

Abstract The gp130 family cytokine signaling complexes have limited structural information despite their crucial roles in various cellular processes. We determined cryo-EM structures of several complexes of this family, containing full ectodomains of both signaling receptors bound to their respective ligands CNTF, CLCF1, LIF, IL-27, and IL-6. Our structures reveal that gp130 serves as a central receptor by engaging Site 2 of CNTF, CLCF1, LIF, and IL-6, and Site 3 of IL-27 and IL-6. The acute bends at both signaling receptors in all complexes bring the membrane-proximal domains to a ~30 Å range but with distinct distances and orientations, which might determine biological specificities of these cytokines. We also reveal how CLCF1 engages its secretion chaperone CRLF1. Our data provide valuable insights for therapeutically targeting gp130-mediated signaling.

Activation of the chemokine receptor CXCR4 by its chemokine ligand CXCL12 regulates diverse cellular processes. Previously reported crystal structures of CXCR4 revealed the architecture of an inactive, homodimeric receptor. However, many structural aspects of CXCR4 remain poorly understood. Here, we use cryo-electron microscopy to investigate various modes of human CXCR4 regulation. CXCL12 activates CXCR4 by inserting its N terminus deep into the CXCR4 orthosteric pocket. The binding of US Food and Drug Administration-approved antagonist AMD3100 is stabilized by electrostatic interactions with acidic residues in the seven-transmembrane-helix bundle. A potent antibody blocker, REGN7663, binds across the extracellular face of CXCR4 and inserts its complementarity-determining region H3 loop into the orthosteric pocket. Trimeric and tetrameric structures of CXCR4 reveal modes of G-protein-coupled receptor oligomerization. We show that CXCR4 adopts distinct subunit conformations in trimeric and tetrameric assemblies, highlighting how oligomerization could allosterically regulate chemokine receptor function.

Abstract The receptor tyrosine kinase FGFR3 is frequently mutated in bladder cancer and is a validated therapeutic target. Although pan-FGFR tyrosine kinase inhibitors (TKI) have shown clinical efficacy, toxicity and acquired resistance limit the benefit of these agents. While antibody-based therapeutics can offer superior selectivity than TKIs, conventional ligand-blocking antibodies are usually ineffective inhibitors of constitutively active receptor tyrosine kinases. Furthermore, the existence of multiple oncogenic variants of FGFR3 presents an additional challenge for antibody-mediated blockade. Here, we developed a tetravalent FGFR3×FGFR3 bispecific antibody that inhibited FGFR3 point mutants and fusion proteins more effectively than any of the conventional FGFR3 antibodies that we produced. Each arm of the bispecific antibody contacted two distinct epitopes of FGFR3 through a cis mode of binding. The antibody blocked dimerization of the most common FGFR3 oncogenic variant (S249C extracellular domain mutation) and inhibited the function of FGFR3 variants that are resistant to pan-FGFR TKIs. The antibody was highly effective in suppressing growth of FGFR3-driven tumor models, providing efficacy comparable to that of the FDA-approved TKI erdafitinib. Thus, this bispecific antibody may provide an effective approach for broad and highly selective inhibition of oncogenic FGFR3 variants. Significance: Development of a bispecific antibody that broadly inhibits gain-of-function FGFR3 variants provides a therapeutic strategy to target tumors with oncogenic FGFR3 point mutations and fusions, a particularly difficult case for antibody blockade.