Since the start of the coronavirus disease-2019 (COVID-19) pandemic, severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) has caused more than 2 million deaths worldwide. Multiple vaccines have been deployed to date, but the continual evolution of the viral receptor-binding domain (RBD) has recently challenged their efficacy. In particular, SARS-CoV-2 variants originating in the U.K. (B.1.1.7), South Africa (B.1.351) and New York (B.1.526) have reduced neutralization activity from convalescent sera and compromised the efficacy of antibody cocktails that received emergency use authorization. Whereas vaccines can be updated periodically to account for emerging variants, complementary strategies are urgently needed to avert viral escape. One potential alternative is the use of camelid VHHs (also known as nanobodies), which due to their small size can recognize protein crevices that are inaccessible to conventional antibodies. Here, we isolate anti-RBD nanobodies from llamas and “nanomice” we engineered to produce VHHs cloned from alpacas, dromedaries and camels. Through binding assays and cryo-electron microscopy, we identified two sets of highly neutralizing nanobodies. The first group expresses VHHs that circumvent RBD antigenic drift by recognizing a region outside the ACE2-binding site that is conserved in coronaviruses but is not typically targeted by monoclonal antibodies. The second group is almost exclusively focused to the RBD-ACE2 interface and fails to neutralize pseudoviruses carrying the E484K or N501Y substitutions. Notably however, they do neutralize the RBD variants when expressed as homotrimers, rivaling the most potent antibodies produced to date against SARS-CoV-2. These findings demonstrate that multivalent nanobodies overcome SARS-CoV-2 variant mutations through two separate mechanisms: enhanced avidity for the ACE2 binding domain, and recognition of conserved epitopes largely inaccessible to human antibodies. Therefore, while new SARS-CoV-2 mutants will continue to emerge, nanobodies represent promising tools to prevent COVID-19 mortality when vaccines are compromised.

To date severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) has infected over 100 million individuals resulting in over two million deaths. Many vaccines are being deployed to prevent coronavirus disease 2019 (COVID-19) including two novel mRNA-based vaccines 1,2 . These vaccines elicit neutralizing antibodies and appear to be safe and effective, but the precise nature of the elicited antibodies is not known 3–6 . Here we report on the antibody and memory B cell responses in a cohort of 20 volunteers who received either the Moderna (mRNA-1273) or Pfizer-BioNTech (BNT162b2) vaccines. Consistent with prior reports, 8 weeks after the second vaccine injection volunteers showed high levels of IgM, and IgG anti-SARS-CoV-2 spike protein (S) and receptor binding domain (RBD) binding titers 3,5,6 . Moreover, the plasma neutralizing activity, and the relative numbers of RBD-specific memory B cells were equivalent to individuals who recovered from natural infection 7,8 . However, activity against SARS-CoV-2 variants encoding E484K or N501Y or the K417N:E484K:N501Y combination was reduced by a small but significant margin. Consistent with these findings, vaccine-elicited monoclonal antibodies (mAbs) potently neutralize SARS-CoV-2, targeting a number of different RBD epitopes in common with mAbs isolated from infected donors. Structural analyses of mAbs complexed with S trimer suggest that vaccine- and virus-encoded S adopts similar conformations to induce equivalent anti-RBD antibodies. However, neutralization by 14 of the 17 most potent mAbs tested was reduced or abolished by either K417N, or E484K, or N501Y mutations. Notably, the same mutations were selected when recombinant vesicular stomatitis virus (rVSV)/SARS-CoV-2 S was cultured in the presence of the vaccine elicited mAbs. Taken together the results suggest that the monoclonal antibodies in clinical use should be tested against newly arising variants, and that mRNA vaccines may need to be updated periodically to avoid potential loss of clinical efficacy.

BACKGROUND & AIMS: Tight junctions (TJs) establish tissue barriers that maintain osmotic homeostasis and, in the liver, isolate bile flow from the blood circulation. ZO-2/Tjp2 is a scaffold protein that tethers TJ transmembrane proteins to the actin cytoskeleton. Missense mutations in Tjp2 have recently been shown to cause progressive cholestatic liver disease in humans. However, the underlying mechanisms remain elusive. To study the role of Tjp2 in cholestatic liver disease, we generated and characterized mice lacking Tjp2 in hepatocytes, cholangiocytes, or both. METHODS: Tjp2 was inactivated in the mouse liver (both in hepatocytes and cholangiocytes) or hepatocytes or cholangiocytes only. Liver function tests were carried out by biochemical analysis of plasma and liver samples and liver tissue was evaluated by immunohistochemistry and histology. The mice were also subjected to cholic acid (CA) diet to assess their susceptibility to liver insults. RESULTS: Deletion of Tjp2 in the mouse liver did not result in apparent changes in TJ structure and composition, but lead to progressive cholestasis with lower expression levels of the bile acid (BA) transporter ABCB11/Bsep and the detoxification enzyme Cyp2b10. Feeding a CA diet that is well tolerated by control mice caused severe cholestasis and necrotic liver injury in mice lacking hepatic Tjp2. Administration of a CAR agonist, TCPOBOP, protected these mice from CA induced injury by enhancing the expression of the detoxifying enzyme Cyp2b10 in hepatocytes. Mice lacking Tjp2 in only hepatocytes or only cholangiocytes showed less severe CA diet-induced liver injury. CONCLUSION: Loss of Tjp2 from hepatocytes and cholangiocytes both contribute to progressive cholestatic liver disease and higher susceptibility to liver injury. In hepatocytes, Tjp2 exerts a protective role by regulating expression levels of BA transporters and detoxification enzymes. The mice may provide a new animal model for cholestatic liver disease linked to Tjp2 mutations in humans.