Abstract The SARS-CoV-2 BA.1 and BA.2 (Omicron) variants contain more than 30 mutations within the spike protein and evade therapeutic monoclonal antibodies (mAbs). Here, we report a receptor-binding domain (RBD) targeting human antibody (002-S21F2) that effectively neutralizes live viral isolates of SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs) including Alpha, Beta, Gamma, Delta, and Omicron (BA.1 and BA.2) with IC50 ranging from 0.02 – 0.05 μg/ml. This near germline antibody 002-S21F2 has unique genetic features that are distinct from any reported SARS-CoV-2 mAbs. Structural studies of the full-length IgG in complex with spike trimers (Omicron and WA.1) reveal that 002-S21F2 recognizes an epitope on the outer face of RBD (class-3 surface), outside the ACE2 binding motif and its unique molecular features enable it to overcome mutations found in the Omicron variants. The discovery and comprehensive structural analysis of 002-S21F2 provide valuable insight for broad and potent neutralization of SARS-CoV-2 Omicron variants BA.1 and BA.2.

A detailed understanding of the molecular features of the neutralizing epitopes developed by viral escape mutants is important for predicting and developing vaccines or therapeutic antibodies against continuously emerging SARS-CoV-2 variants. Here, we report three human monoclonal antibodies (mAbs) generated from COVID-19 recovered individuals during first wave of pandemic in India. These mAbs had publicly shared near germline gene usage and potently neutralized Alpha and Delta, but poorly neutralized Beta and completely failed to neutralize Omicron BA.1 SARS-CoV-2 variants. Structural analysis of these three mAbs in complex with trimeric spike protein showed that all three mAbs are involved in bivalent spike binding with two mAbs targeting class-1 and one targeting class-4 Receptor Binding Domain (RBD) epitope. Comparison of immunogenetic makeup, structure, and function of these three mAbs with our recently reported class-3 RBD binding mAb that potently neutralized all SARS-CoV-2 variants revealed precise antibody footprint, specific molecular interactions associated with the most potent multi-variant binding / neutralization efficacy. This knowledge has timely significance for understanding how a combination of certain mutations affect the binding or neutralization of an antibody and thus have implications for predicting structural features of emerging SARS-CoV-2 escape variants and to develop vaccines or therapeutic antibodies against these.

Abstract Phospholipids are ligands for nuclear hormone receptors (NRs) and regulate transcriptional programs relevant to normal physiology and disease. Here, we demonstrate that mimicking phospholipid-NR interactions greatly improves agonists of liver receptor homolog-1 (LRH-1), a promising therapeutic target for diabetes and colitis. Conventional LRH-1 modulators partially occupy the binding pocket, leaving vacant a region important for phospholipid binding and allostery. Therefore, we constructed a set of hybrid molecules with elements of natural phospholipids appended to a synthetic LRH-1 agonist. The phospholipid-mimicking group improves binding affinity, increases LRH-1 transcriptional activity, promotes coregulator recruitment, and interacts with the targeted LRH-1 residues in crystal structures. The best new agonist markedly improves colonic histopathology and disease-related weight loss in a humanized LRH-1 murine T-cell transfer model of colitis. This is the first evidence of in vivo efficacy for an LRH-1 modulator in colitis, a leap forward in agonist development.

Abstract Widespread and frequent testing is critical to prevent the spread of COVID-19, and rapid antigen tests are the diagnostic tool of choice in many settings. With new viral variants continuously emerging and spreading rapidly, the effect of mutations on antigen test performance is a major concern. In response to the spread of variants the National Institutes of Health’s Rapid Acceleration of Diagnostics (RADx®) initiative created a Variant Task Force to assess the impact of emerging SARS-CoV-2 variants on in vitro diagnostic testing. To evaluate the impact of mutations on rapid antigen tests we developed a lentivirus-mediated mammalian surface-display platform for the SARS-CoV-2 Nucleocapsid protein, the target of the majority of rapid antigen tests. We employed deep mutational scanning (DMS) to directly measure the effect of all possible Nucleocapsid point mutations on antibody binding by 17 diagnostic antibodies used in 11 commercially available antigen tests with FDA emergency use authorization (EUA). The results provide a complete map of the antibodies’ epitopes and their susceptibility to mutational escape. This approach identifies linear epitopes, conformational epitopes, as well as allosteric escape mutations in any region of the Nucleocapsid protein. All 17 antibodies tested exhibit distinct escape mutation profiles, even among antibodies recognizing the same folded domain. Our data predict no vulnerabilities of rapid antigen tests for detection of mutations found in currently and previously dominant variants of concern and interest. We confirm this using the commercial tests and sequence-confirmed COVID-19 patient samples. The antibody escape mutation profiles generated here serve as a valuable resource for predicting the performance of rapid antigen tests against past, current, as well as any possible future variants of SARS-CoV-2, establishing the direct clinical and public health utility of our system. Further, our mammalian surface-display platform combined with DMS is a generalizable platform for complete mapping of protein-protein interactions.

LRH-1 is a nuclear receptor that regulates lipid metabolism and homeostasis, making it an attractive target for the treatment of diabetes and non-alcoholic fatty liver disease. Building on recent structural information about ligand binding from our labs, we have designed a series of new LRH-1 agonists that further engage LRH-1 through added polar interactions. While the current synthetic approach to this scaffold has, in large part, allowed for decoration of the agonist core, significant variation of the bridgehead substituent is mechanistically precluded. We have developed a new synthetic approach to overcome this limitation, identified that bridgehead substitution is necessary for LRH-1 activation, and described an alternative class of bridgehead substituents for effective LRH-1 agonist development. We determined the crystal structure of LRH-1 bound to a bridgehead-modified compound, revealing a promising opportunity to target novel regions of the ligand-binding pocket to alter LRH-1 target gene expression.