ABSTRACT Multiple vaccine candidates against SARS-CoV-2 based on viral spike protein are under development. However, there is limited information on the quality of antibody response generated following vaccination by these vaccine modalities. To better understand antibody response induced by spike protein-based vaccines, we immunized rabbits with various SARS-CoV-2 spike protein antigens: S-ectodomain (S1+S2) (aa 16-1213), which lacks the cytoplasmic and transmembrane domains (CT-TM), the S1 domain (aa 16-685), the receptor-binding domain (RBD) (aa 319-541), and the S2 domain (aa 686-1213 as control). Antibody response was analyzed by ELISA, Surface Plasmon Resonance (SPR) against different Spike proteins in native conformation, and a pseudovirion neutralization assay to measure the quality and function of the antibodies elicited by the different Spike antigens. All three antigens (S1+S2 ectodomain, S1 domain, and RBD) generated strong neutralizing antibodies against SARS-CoV-2. Vaccination induced antibody repertoire was analyzed by SARS-CoV-2 spike Genome Fragment Phage Display Libraries (SARS-CoV-2 GFPDL), which identified immunodominant epitopes in the S1, S1-RBD and S2 domains. Furthermore, these analyses demonstrated that surprisingly the RBD immunogen elicited a higher antibody titer with 5-fold higher affinity antibodies to native spike antigens compared with other spike antigens. These findings may help guide rational vaccine design and facilitate development and evaluation of effective therapeutics and vaccines against COVID-19 disease. One Sentence Summary SARS-CoV-2 Spike induced immune response

ABSTRACT Hyperimmune immunoglobulin (hCoV-2IG) preparations generated from SARS-CoV-2 convalescent plasma (CP) are under evaluation in several clinical trials of hospitalized COVID-19 patients. Here we explored the antibody epitope repertoire, antibody binding and virus neutralizing capacity of six hCoV-2IG batches as well as nine convalescent plasma (CP) lots against SARS-CoV-2 and emerging variants of concern (VOC). The Gene-Fragment Phage display library spanning the SARS-CoV-2 spike demonstrated broad recognition of multiple antigenic sites spanning the entire spike including NTD, RBD, S1/S2 cleavage site, S2-fusion peptide and S2-heptad repeat regions. Antibody binding to the immunodominant epitopes was higher for hCoV-2IG than CP, with predominant binding to the fusion peptide. In the pseudovirus neutralization assay (PsVNA) and in the wild-type SARS-CoV-2 PRNT assay, hCoV-2IG lots showed higher titers against the WA-1 strain compared with CP. Neutralization of SARS-CoV-2 VOCs from around the globe were reduced to different levels by hCoV-2IG lots. The most significant loss of neutralizing activity was seen against the B.1.351 (9-fold) followed by P.1 (3.5-fold), with minimal loss of activity against the B.1.17 and B.1.429 (≤2-fold). Again, the CP showed more pronounced loss of cross-neutralization against the VOCs compared with hCoV-2IG. Significant reduction of hCoV-2IG binding was observed to the RBD-E484K followed by RBD-N501Y and minimal loss of binding to RBD-K417N compared with unmutated RBD. This study suggests that post-exposure treatment with hCoV-2IG is preferable to CP. In countries with co-circulating SARS-CoV-2 variants, identifying the infecting virus strain could inform optimal treatments, but would likely require administration of higher volumes or repeated infusions of hCOV-2IG or CP, in patients infected with the emerging SARS-CoV-2 variants.

ABSTRACT Coronavirus vaccines that are highly effective against SARS-CoV-2 variants are needed to control the current pandemic. We previously reported a receptor-binding domain (RBD) sortase A-conjugated ferritin nanoparticle (RBD-scNP) vaccine that induced neutralizing antibodies against SARS-CoV-2 and pre-emergent sarbecoviruses and protected monkeys from SARS-CoV-2 WA-1 infection. Here, we demonstrate SARS-CoV-2 RBD-scNP immunization induces potent neutralizing antibodies in non-human primates (NHPs) against all eight SARS-CoV-2 variants tested including the Beta, Delta, and Omicron variants. The Omicron variant was neutralized by RBD-scNP-induced serum antibodies with a mean of 10.6-fold reduction of ID50 titers compared to SARS-CoV-2 D614G. Immunization with RBD-scNPs protected NHPs from SARS-CoV-2 WA-1, Beta, and Delta variant challenge, and protected mice from challenges of SARS-CoV-2 Beta variant and two other heterologous sarbecoviruses. These results demonstrate the ability of RBD-scNPs to induce broad neutralization of SARS-CoV-2 variants and to protect NHPs and mice from multiple different SARS-related viruses. Such a vaccine could provide the needed immunity to slow the spread of and reduce disease caused by SARS-CoV-2 variants such as Delta and Omicron.

ABSTRACT Immunization with mRNA or viral vectors encoding spike with diproline substitutions (S-2P) has provided protective immunity against severe COVID-19 disease. How immunization with Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike elicits neutralizing antibodies (nAbs) against difficult-to-neutralize variants of concern (VOCs) remains an area of great interest. Here, we compare immunization of macaques with mRNA vaccines expressing ancestral spike either including or lacking diproline substitutions, and show the diproline substitutions were not required for protection against SARS-CoV-2 challenge or induction of broadly neutralizing B cell lineages. One group of nAbs elicited by the ancestral spike lacking diproline substitutions targeted the outer face of the receptor binding domain (RBD), neutralized all tested SARS-CoV-2 VOCs including Omicron XBB.1.5, but lacked cross-Sarbecovirus neutralization. Structural analysis showed that the macaque broad SARS-CoV-2 VOC nAbs bound to the same epitope as a human broad SARS-CoV-2 VOC nAb, DH1193. Vaccine-induced antibodies that targeted the RBD inner face neutralized multiple Sarbecoviruses, protected mice from bat CoV RsSHC014 challenge, but lacked Omicron variant neutralization. Thus, ancestral SARS-CoV-2 spike lacking proline substitutions encoded by nucleoside-modified mRNA can induce B cell lineages binding to distinct RBD sites that either broadly neutralize animal and human Sarbecoviruses or recent Omicron VOCs. One Sentence Summary Non-stabilized SARS-CoV-2 Spike mRNA vaccination activated B cells that target either conserved epitopes on SARS-CoV-2 Omicron variants of concern, or cross-neutralizing epitopes on pre-emergent Sarbecoviruses.