Abstract SARS-CoV-2 infection results in viral burden in the upper and lower respiratory tract, enabling transmission and often leading to substantial lung pathology. Delivering the antiviral treatment directly to the lungs has the potential to improve lung bioavailability and dosing efficiency. As the SARS-CoV-2 Receptor Binding Domain (RBD) of the Spike (S) is increasingly deemed to be a clinically validated target, RBD-specific B cells were isolated from patients following SARS-CoV-2 infection to derive a panel of fully human monoclonal antibodies (hmAbs) that potently neutralize SARS-CoV-2. The most potent hmAb, 1212C2 was derived from an IgM memory B cell, has high affinity for SARS-CoV-2 RBD which enables its direct inhibition of RBD binding to ACE2. The 1212C2 hmAb exhibits in vivo prophylactic and therapeutic activity against SARS-CoV-2 in hamsters when delivered intraperitoneally, achieving a meaningful reduction in upper and lower respiratory viral burden and lung pathology. Furthermore, liquid nebulized inhale treatment of SARS-CoV-2 infected hamsters with as low as 0.6 mg/kg of inhaled dose, corresponding to approximately 0.03 mg/kg of lung deposited dose, mediated a reduction in respiratory viral burden that is below the detection limit, and mitigated lung pathology. The therapeutic efficacy achieved at an exceedingly low-dose of inhaled 1212C2 supports the rationale for local lung delivery and achieving dose-sparing benefits as compared to the conventional parenteral route of administration. Taken together, these results warrant an accelerated clinical development of 1212C2 hmAb formulated and delivered via inhalation for the prevention and treatment of SARS-CoV-2 infection.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SAR-CoV-2) causes coronavirus disease 2019 (COVID19) that is responsible for short and long-term disease, as well as death, in susceptible hosts. The receptor binding domain (RBD) of the SARS-CoV-2 Spike (S) protein binds to cell surface angiotensin converting enzyme type-II (ACE2) to initiate viral attachment and ultimately viral pathogenesis. The SARS-CoV-2 S RBD is a major target of neutralizing antibodies (NAbs) that block RBD - ACE2 interactions. In this report, NAb-RBD binding epitopes in the protein databank were classified as C1, C1D, C2, C3, or C4, using a RBD binding profile (BP), based on NAb-specific RBD buried surface area and used to predict the binding epitopes of a series of uncharacterized NAbs. Naturally occurring SARS-CoV-2 RBD sequence variation was also quantified to predict NAb binding sensitivities to the RBD-variants. NAb and ACE2 binding studies confirmed the NAb classifications and determined whether the RBD variants enhanced ACE2 binding to promote viral infectivity, and/or disrupted NAb binding to evade the host immune response. Of 9 single RBD mutants evaluated, K417T, E484K, and N501Y disrupted binding of 65% of the NAbs evaluated, consistent with the assignment of the SARS-CoV-2 P.1 Japan/Brazil strain as a variant of concern (VoC). RBD variants E484K and N501Y exhibited ACE2 binding equivalent to a Wuhan-1 reference SARS-CoV-2 RBD. While slightly less disruptive to NAb binding, L452R enhanced ACE2 binding affinity. Thus, the L452R mutant, associated with the SARS-CoV-2 California VoC (B.1.427/B.1.429-California), has evolved to enhance ACE2 binding, while simultaneously disrupting C1 and C2 NAb classes. The analysis also identified a non-overlapping antibody pair (1213H7 and 1215D1) that bound to all SARS-CoV-2 RBD variants evaluated, representing an excellent therapeutic option for treatment of SARS-CoV-2 WT and VoC strains.

ABSTRACT Binding to the receptor, CD4, drives the pretriggered, “closed” (State-1) conformation of the human immunodeficiency virus (HIV-1) envelope glycoprotein (Env) trimer into more “open” conformations (States 2 and 3). Broadly neutralizing antibodies, which are elicited inefficiently, mostly recognize the State-1 Env conformation, whereas the more commonly elicited poorly neutralizing antibodies recognize States 2/3. HIV-1 Env metastability has created challenges for defining the State-1 structure and developing immunogens mimicking this labile conformation. The availability of functional State-1 Envs that can be efficiently crosslinked at lysine and/or acidic amino acid residues might assist these endeavors. To that end, we modified HIV-1 AD8 Env, which exhibits an intermediate level of triggerability by CD4. We introduced lysine/acidic residues at positions that exhibit such polymorphisms in natural HIV-1 strains. Env changes that were tolerated with respect to gp120-gp41 processing, subunit association and virus entry were further combined. Two common polymorphisms, Q114E and Q567K, as well as a known variant, A582T, additively rendered pseudoviruses resistant to cold, soluble CD4 and a CD4-mimetic compound, phenotypes indicative of stabilization of the pretriggered State-1 Env conformation. Combining these changes resulted in two lysine-rich HIV-1 AD8 Env variants (E.2 and AE.2) with neutralization- and cold-resistant phenotypes comparable to those of natural, less triggerable Tier 2/3 HIV-1 isolates. Compared with these and the parental Envs, the E.2 and AE.2 Envs were cleaved more efficiently and exhibited stronger gp120-trimer association in detergent lysates. These highly crosslinkable Envs enriched in a pretriggered conformation should assist characterization of the structure and immunogenicity of this labile state. IMPORTANCE The development of an efficient vaccine is critical for combating HIV-1 infection worldwide. However, the instability of the pretriggered shape (State 1) of the viral envelope glycoprotein (Env) makes it difficult to raise neutralizing antibodies against HIV-1. Here, by introducing multiple changes in Env, we derived two HIV-1 Env variants that are enriched in State 1 and can be efficiently crosslinked to maintain this shape. These Env complexes are more stable in detergent, assisting their purification. Thus, our study provides a path to a better characterization of the native pretriggered Env, which should assist vaccine development.

Abstract Monoclonal antibodies (MAbs) that retain neutralizing activity against distinct coronavirus (CoV) lineages and variants of concern (VoC) must be developed to protect against future pandemics. These broadly neutralizing MAbs (BNMAbs) may be used as therapeutics and/or to assist in the rational design of vaccines that induce BNMAbs. 1249A8 is a BNMAb that targets the stem helix (SH) region of CoV spike (S) protein and neutralizes Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) original strain, delta, and omicron VoC, Severe Acute Respiratory Syndrome CoV (SARS-CoV) and Middle East Respiratory Syndrome CoV (MERS-CoV). To understand its mechanism of action, the crystal structure of 1249A8 bound to a MERS-CoV SH peptide was determined at 2.1Å resolution. BNMAb 1249A8 mimics the SARS-CoV-2 S loop residues 743-749, which interact with the C-terminal end of the SH helix in the S postfusion conformation. The crystal structure shows that BNMAb 1249A8 disrupts SH secondary structure and packing rearrangements required for CoV S to adopt its prefusion conformation that mediates membrane fusion and ultimately infection. The mechanisms regulating BNMAb 1249A8 CoV S specificity are also defined. This study provides novel insights into the neutralization mechanisms of SH-targeting CoV BNMAbs that may inform vaccine development and the design of optimal BNMAb therapeutics.

Human cytomegalovirus (HCMV) is the most common congenital infection and a known cause of microcephaly, sensorineural hearing loss, and cognitive impairment among newborns worldwide. Natural maternal HCMV immunity reduces the incidence of congenital infection, but does not prevent the disease altogether. We employed a nonhuman primate model of congenital CMV infection to investigate the ability of preexisting antibodies to protect against placental CMV transmission. Pregnant, CD4+ T cell-depleted, rhesus CMV (RhCMV)-seronegative rhesus monkeys were treated with either standardly-produced hyperimmune globulin (HIG) from RhCMV-seropositive macaques or dose-optimized, potently RhCMV-neutralizing HIG prior to intravenous challenge with an RhCMV swarm. HIG passive infusion provided complete protection against fetal loss in both groups, and the potently-neutralizing HIG additionally inhibited placental transmission of RhCMV. Our findings suggest that antibody alone at the time of primary infection can prevent congenital CMV and therefore could be a primary target of vaccines to eliminate this neonatal infection.