Significance A hyperinflammatory syndrome reminiscent of toxic shock syndrome (TSS) is observed in severe COVID-19 patients, including children with Multisystem Inflammatory Syndrome in Children (MIS-C). TSS is typically caused by pathogenic superantigens stimulating excessive activation of the adaptive immune system. We show that SARS-CoV-2 spike contains sequence and structure motifs highly similar to those of a bacterial superantigen and may directly bind T cell receptors. We further report a skewed T cell receptor repertoire in COVID-19 patients with severe hyperinflammation, in support of such a superantigenic effect. Notably, the superantigen-like motif is not present in other SARS family coronaviruses, which may explain the unique potential for SARS-CoV-2 to cause both MIS-C and the cytokine storm observed in adult COVID-19.

Abstract High antibody affinity against the ancestral SARS-CoV-2 strain seems to be necessary (but not always sufficient) for the control of emerging immune-escape variants. Therefore, aiming at strong B cell somatic hypermutation - not only at high antibody titers - is a priority when utilizing vaccines that are not targeted at individual variants. Here, we developed a next-generation sequencing based SARS-CoV-2 B cell tracking protocol to rapidly determine the level of immunoglobulin somatic hypermutation at distinct points during the immunization period. The percentage of somatically hypermutated B cells in the SARS-CoV-2 specific repertoire was low after the primary vaccination series, evolved further over months and increased steeply after boosting. The third vaccination mobilized not only naïve, but also antigen-experienced B cell clones into further rapid somatic hypermutation trajectories indicating increased affinity. Together, the strongly mutated post-booster repertoires and antibodies deriving from this may explain why the booster, but not the primary vaccination series, offers some protection against immune-escape variants such as Omicron B.1.1.529. Brief summary Priming SARS-CoV-2 vaccinations generate antibodies from low-level matured B cells while the third vaccination strongly boosts somatic hypermutation potentially explaining different protection from immune-escape variants.