COVID-19 manifests with a wide spectrum of clinical phenotypes that are characterized by exaggerated and misdirected host immune responses1–6. Although pathological innate immune activation is well-documented in severe disease1, the effect of autoantibodies on disease progression is less well-defined. Here we use a high-throughput autoantibody discovery technique known as rapid extracellular antigen profiling7 to screen a cohort of 194 individuals infected with SARS-CoV-2, comprising 172 patients with COVID-19 and 22 healthcare workers with mild disease or asymptomatic infection, for autoantibodies against 2,770 extracellular and secreted proteins (members of the exoproteome). We found that patients with COVID-19 exhibit marked increases in autoantibody reactivities as compared to uninfected individuals, and show a high prevalence of autoantibodies against immunomodulatory proteins (including cytokines, chemokines, complement components and cell-surface proteins). We established that these autoantibodies perturb immune function and impair virological control by inhibiting immunoreceptor signalling and by altering peripheral immune cell composition, and found that mouse surrogates of these autoantibodies increase disease severity in a mouse model of SARS-CoV-2 infection. Our analysis of autoantibodies against tissue-associated antigens revealed associations with specific clinical characteristics. Our findings suggest a pathological role for exoproteome-directed autoantibodies in COVID-19, with diverse effects on immune functionality and associations with clinical outcomes. Rapid extracellular antigen profiling of a cohort of 194 individuals infected with SARS-CoV-2 uncovers diverse autoantibody responses that affect COVID-19 disease severity, progression and clinical and immunological characteristics.

Abstract Autoantibodies that recognize extracellular proteins (the “exoproteome”) exert potent biological effects but have proven challenging to detect with existing screening technologies. Here, we developed Rapid Extracellular Antigen Profiling (REAP) as a technique for comprehensive, high-throughput discovery of exoproteome-targeting autoantibodies. With REAP, patient samples are applied to a genetically-barcoded library containing 2,688 human extracellular proteins displayed on the surface of yeast. Antibody-coated cells are isolated by magnetic selection and deep sequencing of their barcodes is used to identify the displayed antigens. To benchmark the performance of REAP, we screened 77 patients with autoimmune polyendocrinopathy candidiasis ectodermal dystrophy (APECED). REAP sensitively and specifically detected known autoantibody reactivities in APECED in addition to numerous previously unidentified reactivities. We further screened 106 patients with systemic lupus erythematosus (SLE) and identified novel autoantibody reactivities against a diverse set of antigens including growth factors, extracellular matrix components, cytokines, and immunomodulatory proteins. Several of these responses were associated with disease severity and specific clinical manifestations of SLE and exerted potent functional effects on cell signaling ex vivo . These findings demonstrate the utility of REAP to atlas the expansive landscape of exoproteome-targeting autoantibodies and their impacts on patient health outcomes.

ABSTRACT Elevated temperatures impair pollen performance and reproductive success, resulting in lower crop yields. The Solanum lycopersicum anthocyanin reduced ( are ) mutant has a FLAVANONE 3 HYDROXYLASE ( F3H ) gene mutation resulting in impaired synthesis of flavonol antioxidants. The are mutant has reduced pollen performance and seed set relative to the VF36 parental line, which is accentuated at elevated temperatures. Transformation of are with the wild-type F3H gene, or chemical complementation with flavonols, prevented temperature-dependent ROS accumulation in pollen and reversed are’s reduced viability, germination, and tube elongation to VF36 levels. VF36 transformed with an F3H overexpression construct prevented temperature driven ROS increases and impaired pollen performance, revealing thermotolerance results from elevated flavonol synthesis. Although stigmas of are had reduced flavonols and elevated ROS, the growth of are pollen tubes were similarly impaired in both are and VF36 pistils. RNA-Seq was performed at optimal and stress temperatures in are , VF36, and the VF36 F3H overexpression line at multiple timepoints across pollen tube elongation. Differentially expressed gene numbers increased with duration of elevated temperature in all genotypes, with the largest number in are . These findings suggest potential agricultural interventions to combat the negative effects of heat-induced ROS in pollen that leads to reproductive failure. One sentence summary Flavonol antioxidants reduce the negative impacts of elevated temperatures on pollen performance by reducing levels of heat induced reactive oxygen species and modulation of heat-induced changes in the pollen transcriptome.