Couverture)Les rétrovirus sont des virus enveloppés à ARN simple brin omniprésents dans le monde animal et sources de nombreuses pathologies. Les rétrovirus de vertébrés comprennent sept genres dont les gamma et deltarétrovirus qui sont l’objet de ces travaux. Les rétrovirus dits endogènes (ERV), par opposition à leurs homologues infectieux exogènes, sont présents dans les cellules germinales et font partie intégrante du patrimoine génétique, avec transmission mendélienne. Au cours de l'évolution, les ERV ont fait l'objet de mutations, rendant défectives la plupart des copies dans les génomes de vertébrés, avec quelques exceptions notoires. De fait, certaines copies maintiennent de larges cadres de lecture suite à une pression de sélection positive.Rétrovirus exogènes et ERV partagent une organisation génétique similaire. Leurs glycoprotéines d’enveloppe (Env), dont une des propriétés est de lier un récepteur cellulaire, comprennent une composante de surface (SU) associée à une partie transmembranaire (TM). La SU des Env γ et -rétrovirales porte un module RBD (Receptor-Binding Domain) qui lie un récepteur appartenant à la famille SLC (Solute Carriers) des transporteurs de nutriments. Les SLC présents à la surface cellulaire conditionnent le métabolisme des cellules. Afin de pallier l'absence d'anticorps fiables reconnaissant les parties extracellulaires (exofaciales) des SLC, le laboratoire a dérivé des RBD solubles comme ligands des SLC, permettant de suivre leur expression à la surface cellulaire et ainsi, évaluer le métabolisme cellulaire.Parmi les ERV, certaines env partiellement ou entièrement conservées jouent un rôle physiologique essentiel dans les organismes qui les portent. Une hypothèse de mon laboratoire d’accueil est l’existence de RBD endogènes de mammifères capables de moduler le métabolisme cellulaire de leurs hôtes. Dans ce contexte, mes travaux sont articulés autour de deux axes : (i) identifier et produire de nouveaux RBD dérivés des ERV et (ii) identifier de nouveaux transporteurs de type SLC reconnus par des RBD issus de rétrovirus exogènes et ERV de mammifères. Nous avons identifié et caractérisé deux nouveaux RBD humains endogènes (HERV-41 et HERV-89), entrés et conservés chez les primates de l’Ancien Monde il y a environ 35 millions d’années. Nous avons caractérisé leurs séquences PBS (Primer Binding Site), amorces putatives de la réplication rétrovirale, comme étant complémentaires de l’ARNtLeu ou ARNtArg pour HERV-89, et de l'ARNtGlu pour HERV-41. Les séquences env les plus proches dans le génome humain présentent respectivement 38% et 69% d'identité, indiquant l'appartenance de HERV-89 à deux nouvelles familles d'Env. Nous avons pu produire le RBD soluble de HERV-89, montrer que son récepteur est distinct de l'Env HERV ayant la séquence la plus homologue, et étudier sa distribution tissulaire. Le RBD HERV-89 lie un récepteur sur de nombreuses cellules souches et lignées cellulaires établies et nous avons montré par immunohistochimie que le récepteur est exprimé de manière différentielle dans les tissus humains sains et tumoraux. Parallèlement, nous avons dérivé une banque d'expression de 170 SLC que nous avons utilisée pour le criblage à haut-débit de récepteurs des Env gamma et deltarétrovirales. Cette banque nous a permis d'identifier le récepteur, longtemps recherché, de l’Env du virus de la leucémie bovine (BLV). De plus, en utilisant la transfection d'une banque d’expression d’ADNc dans des cellules de hamster, nous avons aussi identifié le récepteur du virus endogène félin ERV-DC14/FeLV-D comme étant le transporteur de cuivre et de cisplatine CTR1/SLC31A1.L’identification du récepteur de BLV pourrait notamment aider dans la lutte contre la transmission du virus et les pathologies associées qui affectent environ 5% du bétail infecté. De plus, les BLV-RBD et DC14-RBD constituent respectivement de nouveaux marqueurs et modulateurs potentiels du métabolisme, dont celui du cuivre / Retroviruses are enveloped, single-stranded RNA viruses, that are omnipresent in animals and the causal agents of a large array of pathologies. Vertebrate retroviruses are divided into seven genera, including the γ and -retroviral groups, which we study particularly. Endogenous retroviruses (ERV), as opposed to exogenous infectious viruses, are present in germline cells and as such are bona fide components of the host genome, with Mendelian transmission. Most ERV have been inactivated by purifying mutations during evolution, although a few copies have been subjected to positive selection pressure with conserved open reading frames (ORFs).Exogenous viruses and ERV that belong to gamma and deltaretroviruses share similar genetic organization and their envelope glycoproteins (Env) comprises a transmembrane (TM) and a surface (SU) component, which binds a specific receptor on the host cell membrane. The SU contains a receptor-binding domain (RBD), responsible for receptor recognition, while TM engages membrane fusion and harbors an immunosuppressive domain. Noticeably, some ERVs have maintained entire or partial ORFs in env, which have been shown, in certain cases, to have essential physiological functions.Another common feature of gamma and deltaretroviral Env is the nature of their receptors, which, when identified, all belong to the solute carrier family of nutrient transporters (SLCs). The laboratory derived soluble RBDs from complete Env that can bind cognate receptors and be used to monitor SLC receptor expression at the cell surface. This important property of RBDs overcomes the notorious lack of reliable anti-SLC exofacial antibodies and provides a new way to evaluate, or even modulate, cell metabolism.Our laboratory postulates that some endogenous RBD-coding genes have been positively selected in their hosts for properties linked to binding SLCs and modulating host cell metabolism. In this context, the aim of my work was to: (i) search for new natural endogenous RBDs and (ii) characterize SLC transporters recognized by RBDs derived from ERVs or exogenous infectious mammalian retroviruses.Here, we describe the identification of two novel human endogenous RBDs (HERV-41 and HERV-89), which each harbor a significant ORF. We estimated that both RBDs have been introduced into Old World primate genomes 35 MYA ago, after the separation with New World monkeys. HERV-89 and HERV-41 are included within retroviral elements that comprise potential primer binding sites (PBS) complementary to tRNALeu or tRNAArg, for HERV-89, and tRNAGlu, for HERV-41. The envs of HERV-89 and HERV-41 do not share more than 38% and 69% amino acid identity with the closest known HERVs, respectively, which indicates that they belong to two new Env families. We derived a soluble HERV-89 RBD and monitored its receptor cell and tissue distribution. Using the ligand by flow cytometry, we observed that a HERV-89 receptor is expressed in a large panel of established cell lines and stem cells. Immunohistochemistry on 94 healthy and tumor human tissue samples showed that HERV-89 receptor is largely distributed, with distinct expression patterns in healthy and tumor tissues. In parallel, we derived a 170 gene-containing SLC expression library for high throughput screening of SLC/ligand interactions. Using this partial human SLC library, we identified the long-sought receptor for bovine leukemia virus (BLV). Moreover, transfection of a cDNA library expression into hamster cells, led us to identify CTR1/SLC31A1, the copper and cisplatin transporter, as the receptor for the feline ERV-DC14/FeLV-D.As a ligand for the BLV receptor, BLV-RBD may be used to help controlling BLV transmission and prevent associated pathologies that affect 5% of infected cattle. Also, BLV-RBD and DC14-RBD can now be used as metabolic markers and modulators of their SLC cognate receptors, including copper metabolism, in the case of DC14-RBD.

Spumaretroviren, oder Foamyviren (FV), unterscheiden sich von Orthoretroviren durch mehrere Besonderheiten in ihrer Replikationsstrategie. Das Partikel-assoziierte Hüllglykoprotein (Env-Protein) des „Prototype Foamy Virus“ (PFV) ist im Vergleich zu anderen retroviralen Hüllglykoproteinen einzigartig. Die Koexpression des PFV Env-Proteins für die PFV-Partikelfreisetzung ist essenziell und die spezifische Funktion kann nicht von heterologen viralen Env-Proteinen übernommen werden. Das Env-Protein des PFV durchläuft eine für ein Membranglykoprotein ungewöhnliche Biosynthese. Das Env-Vorläuferprotein besitzt zu Beginn eine Typ-III-Membrantopologie, bei der der N- und der C-Terminus im Zytoplasma lokalisiert sind. Während des Transports zur Zelloberfläche wird es posttranslational durch bisher unbekannte zelluläre Proteasen in mindestens drei Untereinheiten gespalten. Das N-terminale Signalpeptid bzw. Leader-Peptid (LP) hat eine Typ-II-Membrantopologie, mit dem N-Terminus im Zytoplasma und dem C-Terminus im Lumen, wohingegen die Transmembran (TM)-Untereinheit eine Typ-IMembrantopologie besitzt, bei der der N-Terminus im Lumen und der C-Terminus im Zytoplasma lokalisiert sind. Die interne Oberflächen (SU)-Untereinheit assoziiert vermutlich im Lumen mit der extrazellulären Domäne der TM-Untereinheit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Beweis erbracht, dass Furin oder Furin-ähnliche Proteasen und nicht der Signalpeptidase-Komplex für beide proteolytischen Spaltungen verantwortlich sind. Durch die N-terminale Sequenzierung der SU- und der TM-Untereinheit eines aufgereinigten PFV Env-Immunoadhäsionsproteins wurden N-terminal von beiden Spaltstellen Furin- Konsensussequenzen identifiziert. Mutationsanalysen von zwei sich in diesem Bereich überlappenden minimalen Furin-Konsensussequenzen an der PFV LP/SU-Spaltstelle im wildtypischen PFV Env-Protein bestätigten die Ergebnisse der N-terminalen Sequenzierung und bewiesen, dass nur die erste Spaltstelle genutzt wird. Obwohl diese Mutanten aufgrund geringerer Partikelfreisetzung einen signifikanten Verlust der Infektiosität zeigten, wurde keine Korrelation zur Inhibierung der Spaltung beobachtet, da andere Mutanten mit normaler LP/SU-Spaltung einen ähnlichen Defekt besaßen. Virale Env-Proteine initiieren den Eintritt membranumhüllter Viren in die Wirtszelle durch die Bindung an zelluläre Rezeptoren. Dabei führen Konformationsänderungen in den Env- Proteinen zum Verschmelzen der Virusmembran mit der Zellmembran und weiterhin zur Aufnahme des Kapsids in das Zytoplasma der Wirtszelle. Die foamyviralen Env-Proteine sind in dieser Hinsicht keine Ausnahme und vermitteln die Anheftung an die Wirtszelle durch die Bindung an den bisher unbekannten zellulären Rezeptor. Der zelluläre foamyvirale Rezeptor ist vermutlich ein ubiquitäres Molekül, denn bisher konnte keine Zelllinie identifiziert werden, die gegen FV-Infektionen resistent ist. Bislang existieren nur sehr wenig strukturelle und funktionelle Informationen der extrazellulären Domänen des PFV Env-Proteins. Deshalb wurde im Hauptteil dieser Arbeit die PFV Env-Rezeptorbindungsdomäne (RBD) charakterisiert. Hierfür wurden rekombinante PFV Env-Immunoadhäsionsproteine verwendet und deren Bindungskapazitäten an Zielzellen in der durchflusszytometrischen Analyse bestimmt. Untersuchungen zeigten, dass sowohl die extrazelluläre Domäne der C-terminalen TM-Untereinheit als auch der Transport der Immunoadhäsionsproteine durch das spezifische PFV Env LP zum sekretorischen Weg für die Bindung an Zielzellen entbehrlich sind und ließen vermuten, dass die PFV Env-RBD innerhalb der SU-Untereinheit lokalisiert ist. N- und C-terminale Deletionsanalysen der PFV Env SU-Untereinheit enthüllten eine minimale kontinuierliche RBD von AS 225 bis 555. Interne Deletionen im PFV Env-Protein von AS 397 bis 483 wurden im Gegensatz zu deletierten Regionen von AS 262 bis 300 und AS 342 bis 396 ohne signifikanten Einfluss auf die Wirtszellbindung in Immunoadhäsionsproteinen toleriert. Die Analyse der Immunoadhäsionsproteine mit einzelnen substituierten Cysteinen in der PFV Env SU-Untereinheit zeigten, dass nur die Immunoadhäsionsproteine, die in der nicht essenziellen Region von AS 397 bis 483 lokalisierte Cysteine ersetzt hatten, eine Restbindungskapazität behielten. Interessanterweise zeigte die Analyse von verschiedenen N-Glykosylierungsmutanten eine bedeutende Rolle der Kohlenhydratkette an Position N391 im PFV Env-Protein entweder hinsichtlich der direkten Interaktion mit dem zellulären Rezeptor oder für die korrekte Faltung der PFV Env-RBD. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass ein diskontinuierliches Sequenzmotiv von AS 225 bis 396 und AS 484 bis 555 für die Bildung der PFV Env-RBD essenziell ist und die darin lokalisierte potenzielle achte N-Glykosylierungsstelle eine entscheidende Rolle bei der Wirtszellbindung spielt. / Spumaretroviruses or foamy viruses (FVs) use a replication pathway with features distinctive from orthoretroviruses. The particle-associated envelope (Env) glycoprotein of prototype foamy virus (PFV) is unique compared to other retroviral envelope proteins since its coexpression is strictly required for the FV particle release process and its function cannot be replaced by heterologous viral glycoproteins. The PFV Env glycoprotein shows a highly unusual biosynthesis. Its precursor protein has a type III membrane topology with both the N-and C-terminus located in the cytoplasm. During its transport to the cell surface, it is posttranslationally processed by yet-unidentified cellular proteases into at least three subunits. The N-terminal signal or leader peptide (LP) has a type II membrane topology, whereas the C-terminal transmembrane (TM) subunit has a type I membrane topology. The internal surface (SU) subunit presumably associates with extracellular domains of TM on the luminal side. Here we provide strong evidence that furin itself or furin-like proteases and not the signal peptidase complex are responsible for both processing events. N-terminal protein sequencing of the SU and TM subunits of purified PFV Env-immunoglobulin immunoadhesin identified furin consensus sequences upstream of both cleavage sites. Mutagenesis analysis of two overlapping minimal furin consensus sequences at the PFV LP/SU cleavage site in the wild-type protein confirmed the sequencing data and demonstrated utilization of only the first site. Although these mutants displayed a significant loss in infectivity as a result of reduced particle release, no correlation to processing inhibition was observed, since another mutant having normal LP/SU processing had a similar defect. Viral Env proteins initiate entry of membrane enveloped viruses into cells by binding to cell surface receptors followed by conformational changes leading to membrane fusion and delivery of the genome containing viral capsid to the cytoplasm. The Env glycoproteins of FVs are no exception and mediate attachment to host cells through binding to an yet unknown ubiquitous cellular receptor molecule because no cell type is currently known that is resistant to FV entry. Little structural and functional information on the extracellular domains of PFV Env is available. In this study we characterized the PFV Env receptor-binding-domain (RBD) by flow-cytometric analysis of recombinant PFV Env immunoadhesin binding to target cells. Analysis showed that the extracellular domains of the C-terminal TM subunit as well as targeting of the recombinant immunoadhesins by the cognate LP to the secretory pathway were dispensable for target cell binding suggesting that the PFV Env RBD is contained within the SU subunit. N- and C- terminal deletion analysis of the SU domain revealed an minimal continuous RBD spanning aa 225-555, however internal deletions covering the region from aa 397-483, but not aa 262-300 or aa 342-396, were tolerated without significant influence on host cell binding. Analysis of individual cysteine point mutants in PFV Env SU revealed that only most of those located in the non-essential region from aa 397-483 retained residual binding activity. Interestingly, analysis of various N-glycosylation site mutants suggests an important role of the carbohydrate chain attached to N391 either for direct interaction with the cellular receptor or for correct folding of the PFV Env RBD. Taken together these results suggest that a bipartite sequence motif spanning aa 225-396 and aa 484-555 is essential for formation of the PFV Env RBD, with N-glycosylation site 8 playing a crucial role for host cell binding.

Spumaretroviren, oder Foamyviren (FV), unterscheiden sich von Orthoretroviren durch mehrere Besonderheiten in ihrer Replikationsstrategie. Das Partikel-assoziierte Hüllglykoprotein (Env-Protein) des „Prototype Foamy Virus“ (PFV) ist im Vergleich zu anderen retroviralen Hüllglykoproteinen einzigartig. Die Koexpression des PFV Env-Proteins für die PFV-Partikelfreisetzung ist essenziell und die spezifische Funktion kann nicht von heterologen viralen Env-Proteinen übernommen werden. Das Env-Protein des PFV durchläuft eine für ein Membranglykoprotein ungewöhnliche Biosynthese. Das Env-Vorläuferprotein besitzt zu Beginn eine Typ-III-Membrantopologie, bei der der N- und der C-Terminus im Zytoplasma lokalisiert sind. Während des Transports zur Zelloberfläche wird es posttranslational durch bisher unbekannte zelluläre Proteasen in mindestens drei Untereinheiten gespalten. Das N-terminale Signalpeptid bzw. Leader-Peptid (LP) hat eine Typ-II-Membrantopologie, mit dem N-Terminus im Zytoplasma und dem C-Terminus im Lumen, wohingegen die Transmembran (TM)-Untereinheit eine Typ-IMembrantopologie besitzt, bei der der N-Terminus im Lumen und der C-Terminus im Zytoplasma lokalisiert sind. Die interne Oberflächen (SU)-Untereinheit assoziiert vermutlich im Lumen mit der extrazellulären Domäne der TM-Untereinheit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Beweis erbracht, dass Furin oder Furin-ähnliche Proteasen und nicht der Signalpeptidase-Komplex für beide proteolytischen Spaltungen verantwortlich sind. Durch die N-terminale Sequenzierung der SU- und der TM-Untereinheit eines aufgereinigten PFV Env-Immunoadhäsionsproteins wurden N-terminal von beiden Spaltstellen Furin- Konsensussequenzen identifiziert. Mutationsanalysen von zwei sich in diesem Bereich überlappenden minimalen Furin-Konsensussequenzen an der PFV LP/SU-Spaltstelle im wildtypischen PFV Env-Protein bestätigten die Ergebnisse der N-terminalen Sequenzierung und bewiesen, dass nur die erste Spaltstelle genutzt wird. Obwohl diese Mutanten aufgrund geringerer Partikelfreisetzung einen signifikanten Verlust der Infektiosität zeigten, wurde keine Korrelation zur Inhibierung der Spaltung beobachtet, da andere Mutanten mit normaler LP/SU-Spaltung einen ähnlichen Defekt besaßen. Virale Env-Proteine initiieren den Eintritt membranumhüllter Viren in die Wirtszelle durch die Bindung an zelluläre Rezeptoren. Dabei führen Konformationsänderungen in den Env- Proteinen zum Verschmelzen der Virusmembran mit der Zellmembran und weiterhin zur Aufnahme des Kapsids in das Zytoplasma der Wirtszelle. Die foamyviralen Env-Proteine sind in dieser Hinsicht keine Ausnahme und vermitteln die Anheftung an die Wirtszelle durch die Bindung an den bisher unbekannten zellulären Rezeptor. Der zelluläre foamyvirale Rezeptor ist vermutlich ein ubiquitäres Molekül, denn bisher konnte keine Zelllinie identifiziert werden, die gegen FV-Infektionen resistent ist. Bislang existieren nur sehr wenig strukturelle und funktionelle Informationen der extrazellulären Domänen des PFV Env-Proteins. Deshalb wurde im Hauptteil dieser Arbeit die PFV Env-Rezeptorbindungsdomäne (RBD) charakterisiert. Hierfür wurden rekombinante PFV Env-Immunoadhäsionsproteine verwendet und deren Bindungskapazitäten an Zielzellen in der durchflusszytometrischen Analyse bestimmt. Untersuchungen zeigten, dass sowohl die extrazelluläre Domäne der C-terminalen TM-Untereinheit als auch der Transport der Immunoadhäsionsproteine durch das spezifische PFV Env LP zum sekretorischen Weg für die Bindung an Zielzellen entbehrlich sind und ließen vermuten, dass die PFV Env-RBD innerhalb der SU-Untereinheit lokalisiert ist. N- und C-terminale Deletionsanalysen der PFV Env SU-Untereinheit enthüllten eine minimale kontinuierliche RBD von AS 225 bis 555. Interne Deletionen im PFV Env-Protein von AS 397 bis 483 wurden im Gegensatz zu deletierten Regionen von AS 262 bis 300 und AS 342 bis 396 ohne signifikanten Einfluss auf die Wirtszellbindung in Immunoadhäsionsproteinen toleriert. Die Analyse der Immunoadhäsionsproteine mit einzelnen substituierten Cysteinen in der PFV Env SU-Untereinheit zeigten, dass nur die Immunoadhäsionsproteine, die in der nicht essenziellen Region von AS 397 bis 483 lokalisierte Cysteine ersetzt hatten, eine Restbindungskapazität behielten. Interessanterweise zeigte die Analyse von verschiedenen N-Glykosylierungsmutanten eine bedeutende Rolle der Kohlenhydratkette an Position N391 im PFV Env-Protein entweder hinsichtlich der direkten Interaktion mit dem zellulären Rezeptor oder für die korrekte Faltung der PFV Env-RBD. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass ein diskontinuierliches Sequenzmotiv von AS 225 bis 396 und AS 484 bis 555 für die Bildung der PFV Env-RBD essenziell ist und die darin lokalisierte potenzielle achte N-Glykosylierungsstelle eine entscheidende Rolle bei der Wirtszellbindung spielt. / Spumaretroviruses or foamy viruses (FVs) use a replication pathway with features distinctive from orthoretroviruses. The particle-associated envelope (Env) glycoprotein of prototype foamy virus (PFV) is unique compared to other retroviral envelope proteins since its coexpression is strictly required for the FV particle release process and its function cannot be replaced by heterologous viral glycoproteins. The PFV Env glycoprotein shows a highly unusual biosynthesis. Its precursor protein has a type III membrane topology with both the N-and C-terminus located in the cytoplasm. During its transport to the cell surface, it is posttranslationally processed by yet-unidentified cellular proteases into at least three subunits. The N-terminal signal or leader peptide (LP) has a type II membrane topology, whereas the C-terminal transmembrane (TM) subunit has a type I membrane topology. The internal surface (SU) subunit presumably associates with extracellular domains of TM on the luminal side. Here we provide strong evidence that furin itself or furin-like proteases and not the signal peptidase complex are responsible for both processing events. N-terminal protein sequencing of the SU and TM subunits of purified PFV Env-immunoglobulin immunoadhesin identified furin consensus sequences upstream of both cleavage sites. Mutagenesis analysis of two overlapping minimal furin consensus sequences at the PFV LP/SU cleavage site in the wild-type protein confirmed the sequencing data and demonstrated utilization of only the first site. Although these mutants displayed a significant loss in infectivity as a result of reduced particle release, no correlation to processing inhibition was observed, since another mutant having normal LP/SU processing had a similar defect. Viral Env proteins initiate entry of membrane enveloped viruses into cells by binding to cell surface receptors followed by conformational changes leading to membrane fusion and delivery of the genome containing viral capsid to the cytoplasm. The Env glycoproteins of FVs are no exception and mediate attachment to host cells through binding to an yet unknown ubiquitous cellular receptor molecule because no cell type is currently known that is resistant to FV entry. Little structural and functional information on the extracellular domains of PFV Env is available. In this study we characterized the PFV Env receptor-binding-domain (RBD) by flow-cytometric analysis of recombinant PFV Env immunoadhesin binding to target cells. Analysis showed that the extracellular domains of the C-terminal TM subunit as well as targeting of the recombinant immunoadhesins by the cognate LP to the secretory pathway were dispensable for target cell binding suggesting that the PFV Env RBD is contained within the SU subunit. N- and C- terminal deletion analysis of the SU domain revealed an minimal continuous RBD spanning aa 225-555, however internal deletions covering the region from aa 397-483, but not aa 262-300 or aa 342-396, were tolerated without significant influence on host cell binding. Analysis of individual cysteine point mutants in PFV Env SU revealed that only most of those located in the non-essential region from aa 397-483 retained residual binding activity. Interestingly, analysis of various N-glycosylation site mutants suggests an important role of the carbohydrate chain attached to N391 either for direct interaction with the cellular receptor or for correct folding of the PFV Env RBD. Taken together these results suggest that a bipartite sequence motif spanning aa 225-396 and aa 484-555 is essential for formation of the PFV Env RBD, with N-glycosylation site 8 playing a crucial role for host cell binding.

The rapid development, approval, and production of vaccines against the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in less than 1 year after the first reports of a new infectious disease was a real game changer, providing 80%–90% efficacy in preventing severe etiopathologies of the coronavirus disease 2019 (COVID-19). These vaccines induce an immune response against the SARS-CoV-2 spike (S) protein located on the surface of the virus particle. Antibodies (Abs) recognizing the S-protein can inhibit binding of the virus via the S-protein to the angiotensin-converting enzyme-2 (ACE-2) receptor expressed on different human cells, especially when these Abs bind to the interaction site, the so-called receptor-binding domain (RBD). We have expressed the RBDs of wild-type SARS-CoV-2 and five variants of concern (VOCs) to test the immune response in people before vaccination with mRNA vaccines BNT162b2 and mRNA-1273 and after up to three vaccinations using in-house ELISA and inhibition assays. The methods of both assays are provided. Both vaccines initiated similarly high IgG titers after two vaccinations against the wild-type and even two VOC-RBDs (alpha and delta) and strongly inhibited the corresponding RBD-ACE-2 binding. The IgG titers and inhibition of ACE-2 binding were lower for beta and gamma RBDs and much lower for omicron RBD. The third vaccination after 6 months strongly increased both the IgG titers and the neutralizing effect against all variants, especially for omicron, leading to 63% ± 13% neutralization potential. Importantly, neutralization linearly increased with the IgG titers.