Abstract Delineating the origins and properties of antibodies elicited by SARS-CoV-2 infection and vaccination is critical for understanding their benefits and potential shortcomings. Therefore, we investigated the SARS-CoV-2 spike (S)-reactive B cell repertoire in unexposed individuals by flow cytometry and single-cell sequencing. We found that ∼82% of SARS-CoV-2 S-reactive B cells show a naive phenotype, which represents an unusually high fraction of total human naive B cells (∼0.1%). Approximately 10% of these naive S-reactive B cells shared an IGHV1-69/IGKV3-11 B cell receptor pairing, an enrichment of 18-fold compared to the complete naive repertoire. A proportion of memory B cells, comprising switched (∼0.05%) and unswitched B cells (∼0.04%), was also reactive with S and some of these cells were reactive with ADAMTS13, which is associated with thrombotic thrombocytopenia. Following SARS-CoV-2 infection, we report an average 37-fold enrichment of IGHV1-69/IGKV3-11 B cell receptor pairing in the S-reactive memory B cells compared to the unselected memory repertoire. This class of B cells targets a previously undefined non-neutralizing epitope on the S2 subunit that becomes exposed on S proteins used in approved vaccines when they transition away from the native pre-fusion state because of instability. These findings can help guide the improvement of SARS-CoV-2 vaccines.

Broadly neutralizing antibodies (bNAbs) targeting the HIV-1 envelope glycoprotein (Env) have the capacity to delay viral rebound when administered to people with HIV-1 (PWH) during anti-retroviral therapy (ART) interruption. To further enhance the performance of bNAbs through their Fc effector functions, in particular NK cell-mediated killing of HIV-1 infected cells, we have produced a panel of glyco-engineered (afucosylated) bNAbs with enhanced affinity for Fc gamma receptor IIIa. These afucosylated anti-HIV-1 bNAbs enhance NK cell activation and degranulation compared to fucosylated counterparts even at low antigen density. NK cells from PWH expressing exhaustion markers PD-1 and TIGIT are activated in a similar fashion by afucosylated bNAbs as NK cell from HIV-1 negative individuals. Killing of HIV-1 infected cells is most effective with afucosylated bNAbs 2G12, N6, PGT151 and PGDM1400, whereas afucosylated PGT121 and non-neutralizing antibody A32 only induce minor NK cell-mediated killing. These data indicate that the approach angle and affinity of Abs influence the capacity to induce antibody-dependent cellular cytotoxicity. Thus, afucosylated bNAbs have the capacity to induce NK cell-mediated killing of infected cells, which warrants further investigation of afucosylated bNAb administration in vivo, aiming for reduction of the viral reservoir and ART free durable control.

Summary The SARS-CoV-2 pandemic is continuing to disrupt personal lives, global healthcare systems and economies. Hence, there is an urgent need for a vaccine that prevents viral infection, transmission and disease. Here, we present a two-component protein-based nanoparticle vaccine that displays multiple copies of the SARS-CoV-2 spike protein. Immunization studies show that this vaccine induces potent neutralizing antibody responses in mice, rabbits and cynomolgus macaques. The vaccine-induced immunity protected macaques against a high dose challenge, resulting in strongly reduced viral infection and replication in upper and lower airways. These nanoparticles are a promising vaccine candidate to curtail the SARS-CoV-2 pandemic.