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Bertoglio F, Fühner V, Ruschig M, Heine PA, Abassi L, Klünemann T, Rand U, Meier D, Langreder N, Steinke S, Ballmann R, Schneider KT, Roth KDR, Kuhn P, Riese P, Schäckermann D, Korn J, Koch A, Chaudhry MZ, Eschke K, Kim Y, Zock-Emmenthal S, Becker M, Scholz M, Moreira GMSG, Wenzel EV, Russo G, Garritsen HSP, Casu S, Gerstner A, Roth G, Adler J, Trimpert J, Hermann A, Schirrmann T, Dübel S, Frenzel A, Van den Heuvel J, Čičin-Šain L, Schubert M, Hust M. A SARS-CoV-2 neutralizing antibody selected from COVID-19 patients binds to the ACE2-RBD interface and is tolerant to most known RBD mutations. Cell Rep 2021; 36:109433. [PMID: 34273271 PMCID: PMC8260561 DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109433] [Citation(s) in RCA: 53] [Impact Index Per Article: 17.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/02/2020] [Revised: 05/20/2021] [Accepted: 06/30/2021] [Indexed: 12/11/2022] Open
Abstract
The novel betacoronavirus severe acute respiratory syndrome-coronavirus-2 (SARS-CoV-2) causes a form of severe pneumonia disease called coronavirus disease 2019 (COVID-19). To develop human neutralizing anti-SARS-CoV-2 antibodies, antibody gene libraries from convalescent COVID-19 patients were constructed and recombinant antibody fragments (scFv) against the receptor-binding domain (RBD) of the spike protein were selected by phage display. The antibody STE90-C11 shows a subnanometer IC50 in a plaque-based live SARS-CoV-2 neutralization assay. The in vivo efficacy of the antibody is demonstrated in the Syrian hamster and in the human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) mice model. The crystal structure of STE90-C11 Fab in complex with SARS-CoV-2-RBD is solved at 2.0 Å resolution showing that the antibody binds at the same region as ACE2 to RBD. The binding and inhibition of STE90-C11 is not blocked by many known emerging RBD mutations. STE90-C11-derived human IgG1 with FcγR-silenced Fc (COR-101) is undergoing Phase Ib/II clinical trials for the treatment of moderate to severe COVID-19.
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Affiliation(s)
- Federico Bertoglio
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Viola Fühner
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Maximilian Ruschig
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Philip Alexander Heine
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Leila Abassi
- Helmholtz Centre for Infection Research, Department of Vaccinology and Applied Microbiology, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany
| | - Thomas Klünemann
- Helmholtz Centre for Infection Research, Department of Structure and Function of Proteins, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany
| | - Ulfert Rand
- Helmholtz Centre for Infection Research, Department of Vaccinology and Applied Microbiology, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany
| | - Doris Meier
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Nora Langreder
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Stephan Steinke
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Rico Ballmann
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Kai-Thomas Schneider
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Kristian Daniel Ralph Roth
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Philipp Kuhn
- YUMAB GmbH, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany
| | - Peggy Riese
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany; Helmholtz Centre for Infection Research, Department of Vaccinology and Applied Microbiology, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany
| | - Dorina Schäckermann
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Janin Korn
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Allan Koch
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - M Zeeshan Chaudhry
- Helmholtz Centre for Infection Research, Department of Vaccinology and Applied Microbiology, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany
| | - Kathrin Eschke
- Helmholtz Centre for Infection Research, Department of Vaccinology and Applied Microbiology, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany
| | - Yeonsu Kim
- Helmholtz Centre for Infection Research, Department of Vaccinology and Applied Microbiology, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany
| | - Susanne Zock-Emmenthal
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Genetik, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Marlies Becker
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Margitta Scholz
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Gustavo Marçal Schmidt Garcia Moreira
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Esther Veronika Wenzel
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Giulio Russo
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Hendrikus S P Garritsen
- Städtisches Klinikum Braunschweig gGmbH, Celler Str. 38, 38114 Braunschweig, Germany; Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST, Bienroder Weg 54E, 38108 Braunschweig, Germany
| | - Sebastian Casu
- Helios Klinikum Salzgitter, Kattowitzer Str. 191, 38226 Salzgitter, Germany
| | - Andreas Gerstner
- Städtisches Klinikum Braunschweig gGmbH, Holwedestraße 16, 38118 Braunschweig, Germany
| | - Günter Roth
- BioCopy GmbH, Elzstrasse 27, 79312 Emmendingen, Germany
| | - Julia Adler
- Institute of Virology, Freie Universität Berlin, 14163 Berlin, Germany
| | - Jakob Trimpert
- Institute of Virology, Freie Universität Berlin, 14163 Berlin, Germany
| | - Andreas Hermann
- CORAT Therapeutics GmbH, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany
| | - Thomas Schirrmann
- YUMAB GmbH, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany; CORAT Therapeutics GmbH, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany
| | - Stefan Dübel
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - André Frenzel
- YUMAB GmbH, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany; Institute of Virology, Freie Universität Berlin, 14163 Berlin, Germany
| | - Joop Van den Heuvel
- Helmholtz Centre for Infection Research, Department of Structure and Function of Proteins, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany
| | - Luka Čičin-Šain
- Helmholtz Centre for Infection Research, Department of Vaccinology and Applied Microbiology, Inhoffenstr. 7, 38124 Braunschweig, Germany; Centre for Individualised Infection Medicine (CIIM), a joint venture of Helmholtz Centre for Infection Research and Medical School, Hannover, Germany
| | - Maren Schubert
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany
| | - Michael Hust
- Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abteilung Biotechnologie, Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig, Germany.
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