ABSTRACT Throughout the COVID-19 pandemic, many prophylactic and therapeutic drugs have been evaluated and introduced. Among these treatments, monoclonal antibodies (mAbs) that bind to and neutralize SARS-CoV-2 virus have been applied as complementary and alternative treatments to vaccines. Although different methodologies have been utilized to produce mAbs, traditional hybridoma fusion technology is still commonly used for this purpose due to its unmatched performance record. In this study, we coupled the hybridoma fusion strategy with mRNA-lipid nanoparticle (LNP) immunization. This time-saving approach can circumvent biological and technical hurdles, such as difficult to express membrane proteins, antigen instability, and the lack of posttranslational modifications on recombinant antigens. We used mRNA-LNP immunization and hybridoma fusion technology to generate mAbs against the receptor binding domain (RBD) of SARS-CoV-2 spike (S) protein. Compared with traditional protein-based immunization approaches, inoculation of mice with RBD mRNA-LNP induced higher titers of serum antibodies. In addition, the mAbs we obtained can bind to SARS-CoV-2 RBDs from several variants. Notably, RBD-mAb-3 displayed particularly high binding affinities and neutralizing potencies against both Alpha and Delta variants. In addition to introducing specific mAbs against SARS-CoV-2, our data generally demonstrate that mRNA-LNP immunization may be useful to quickly generate highly functional mAbs against emerging infectious diseases.

Abstract The COVID-19 pandemic continues to threaten human health worldwide, as new variants of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) have emerged. Currently, the predominant circulating strains around the world are Omicron variants, which can evade many therapeutic antibodies. Thus, the development of new broadly neutralizing antibodies remains an urgent need. In this work, we address this need by using the mRNA-lipid nanoparticle immunization method to generate a set of Omicron-targeting monoclonal antibodies. Five of our novel K-RBD-mAbs show strong binding and neutralizing activities toward all SARS-CoV-2 variants of concern (Alpha, Beta, Gamma, Delta and Omicron). Notably, the epitopes of these five K-RBD-mAbs are overlapping and localized around K417 and F486 of the spike protein receptor binding domain (RBD). Chimeric derivatives of the five antibodies (K-RBD-chAbs) neutralize Omicron sublineages BA.1 and BA.2 with low IC 50 values that range from 5.7 to 12.9 ng/mL. Additionally, we performed antibody humanization on a broadly neutralizing chimeric antibody to create K-RBD-hAb-62, which still retains excellent neutralizing activity against Omicron. Our results collectively suggest that these five therapeutic antibodies may effectively combat current and emerging SARS-CoV-2 variants, including Omicron BA.1 and BA.2. Therefore, the antibodies can potentially be used as universal neutralizing antibodies against SARS-CoV-2.

Abstract Dengue fever is caused by four different serotypes of dengue virus (DENV) which is the leading cause of worldwide arboviral diseases in humans. The vaccine candidates under development require a tetravalent immunogen to induce a balanced immunity against all four serotypes of dengue virus. Herein we show that mice vaccinated with highly matured virus-like particles derived from DENV serotype 2 (mD2VLP) can generate higher and broader neutralization antibodies (NtAbs) against all 4 serotypes of DENV through clonal expansion supported by hybridoma and B-cell repertoire analysis. The cryo-electron microscopy reconstruction showed that mD2VLP particles possess a T=1 icosahedral symmetry with a groove located within the E-protein dimers near the 2-fold vertices that exposed highly overlapping, cryptic neutralizing epitopes. Most importantly, maternally transferred antibodies derived from mD2VLP-vaccinated female mice protected suckling mice from lethal challenge by all four serotypes of DENV. Our results support the fact that a universal dengue vaccine that protects against all four serotypes of dengue viruses can be achieved by using an immunogen such as mD2VLP.

Dengue fever is caused by four different serotypes of dengue virus (DENV) which is the leading cause of worldwide arboviral diseases in humans. Virus-like particles (VLPs) containing flavivirus prM/E proteins have been demonstrated to be a potential vaccine candidate; however, the structure of dengue VLP is poorly understood. Herein we show for the first time that mD2VLP particles possess a T=1 icosahedral symmetry with a groove located within the E-protein dimers near the 2-fold vertices that exposed highly overlapping, cryptic neutralizing epitopes through cryo-electron microscopy reconstruction. Mice vaccinated with highly matured virus-like particles derived from DENV serotype 2 (mD2VLP) can generate higher cross-reactive (CR) neutralization antibodies (NtAbs) and were protected against all 4 serotypes of DENV through clonal expansion supported by hybridoma and B-cell repertoire analysis. Our results revealed that a "epitope-resurfaced" mature-form dengue VLP has the potential to induce quaternary structure-recognizing broad CR NtAbs.

ABSTRACT Various biological processes at the cellular level are regulated by glycosylation which is a highly micro-heterogeneous post-translational modification (PTM) on proteins and lipids. The dynamic nature of glycosylation can be studied through bio-orthogonal tagging of metabolically engineered non-natural sugars into glycan epitopes. However, this approach possesses a significant drawback due to non-specific background reactions and ambiguity of non-natural sugar metabolism. Here we report a tag-free strategy for their direct detection by glycoproteomics and glycomics using mass spectrometry. The method dramatically simplifies the detection of non-natural functional group bearing monosaccharides installed through promiscuous sialic acid, GalNAc, and GlcNAc biosynthetic pathways. Multistage enrichment of glycoproteins by cellular fractionation, subsequent ZIC-HILIC based glycopeptide enrichment, and a spectral enrichment algorithm for the MS data processing enabled direct detection of non-natural monosaccharides that are incorporated at low abundance on the N/O-glycopeptides along with their natural counterparts. Our approach allowed the detection of both natural and non-natural sugar bearing glycopeptides, N and O-glycopeptides, differentiation of non-natural monosaccharide types on the glycans and also their incorporation efficiency through quantitation. Through this we could deduce some interconversion of monosaccharides during their processing through glycan salvage pathway and subsequent incorporation into glycan chains. The study of glycosylation dynamics through this method can be conducted in high throughput as few sample processing steps are involved, enabling understanding of glycosylation dynamics under various external stimuli and thereby could bolster the use of metabolic glycan engineering in glycosylation functional studies.