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.

The HIV envelope (Env) protein gp120 is protected from antibody recognition by a dense glycan shield. However, several of the recently identified PGT broadly neutralizing antibodies appear to interact directly with the HIV glycan coat. Crystal structures of antigen-binding fragments (Fabs) PGT 127 and 128 with Man(9) at 1.65 and 1.29 angstrom resolution, respectively, and glycan binding data delineate a specific high mannose-binding site. Fab PGT 128 complexed with a fully glycosylated gp120 outer domain at 3.25 angstroms reveals that the antibody penetrates the glycan shield and recognizes two conserved glycans as well as a short β-strand segment of the gp120 V3 loop, accounting for its high binding affinity and broad specificity. Furthermore, our data suggest that the high neutralization potency of PGT 127 and 128 immunoglobulin Gs may be mediated by cross-linking Env trimers on the viral surface.

Elucidation of the genetic factors underlying chronic liver disease may reveal new therapeutic targets.

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.

Traditional approaches to antimicrobial drug development are poorly suited to combatting the emergence of novel pathogens. Additionally, the lack of small animal models for these infections hinders the in vivo testing of potential therapeutics. Here we demonstrate the use of the VelocImmune technology (a mouse that expresses human antibody-variable heavy chains and κ light chains) alongside the VelociGene technology (which allows for rapid engineering of the mouse genome) to quickly develop and evaluate antibodies against an emerging viral disease. Specifically, we show the rapid generation of fully human neutralizing antibodies against the recently emerged Middle East Respiratory Syndrome coronavirus (MERS-CoV) and development of a humanized mouse model for MERS-CoV infection, which was used to demonstrate the therapeutic efficacy of the isolated antibodies. The VelocImmune and VelociGene technologies are powerful platforms that can be used to rapidly respond to emerging epidemics.

Abstract Acute allergic symptoms are caused by allergen-induced crosslinking of allergen-specific immunoglobulin E (IgE) bound to Fc-epsilon receptors on effector cells. Desensitization with allergen-specific immunotherapy (SIT) has been used for over a century, but the dominant protective mechanism remains unclear. One consistent observation is increased allergen-specific IgG, thought to competitively block allergen binding to IgE. Here we show that the blocking potency of the IgG response to Cat-SIT is heterogeneous. Next, using two potent, pre-selected allergen-blocking monoclonal IgG antibodies against the immunodominant cat allergen Fel d 1, we demonstrate that increasing the IgG/IgE ratio reduces the allergic response in mice and in cat-allergic patients: a single dose of blocking IgG reduces clinical symptoms in response to nasal provocation (ANCOVA, p = 0.0003), with a magnitude observed at day 8 similar to that reported with years of conventional SIT. This study suggests that simply augmenting the blocking IgG/IgE ratio may reverse allergy.

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.