The antibody repertoire is the ensemble of antibodies found in an individual at a given time. It displays high heterogeneity between individuals while being both largely temporally stable within an individual and rapidly responsive to immunological challenge. As distinct collections of antibodies within the repertoire contribute to the function and malfunction of the immune system, studying the many aspects of the antibody repertoire can give increased knowledge on antibody-mediated pathogen defense and autoimmune conditions.

There are several emergent techniques for assessing different properties of the antibody repertoire as well as determining distinct antibodies of interest in health and disease. The studies presented in this thesis use planar and bead-based arrays to investigate parts of the antibody repertoire consisting of antibodies against SARS-CoV-2 proteins in serological studies, as well as autoantibodies against the large collection of antigens in the Human Protein Atlas. Paper I explores the autoantibody repertoires of patients with psychosis using planar arrays of 42 000 antigens followed by targeted bead arrays and identifies associations to specific symptoms. Paper II defines the baseline serological characteristics of a longitudinal cohort using a then recently developed multiplex serological assay and gives an early description of COVID-19 symptomatology. Paper III investigates the four-month persistence and antigen diversity of antibodies against SARS-CoV-2 following infection. This work is continued in Paper IV which examines the persistence of the humoral and cellular response to infection and their protective effect against reinfection. Paper V connects these parts by exploring the autoantibody repertoire of this longitudinal cohort and identifying new-onset autoantibodies emerging at infection using arrays of human and viral antigens. It associates three new-onset autoantibodies to post-COVID-19 symptoms and demonstrates sequence similarity between human and viral epitopes, which may indicate molecular mimicry.

Antibody repertoires are heterogeneous and multifaceted, requiring several methods for full comprehension. The present investigation encompasses the analysis of one facet using antigen arrays and contributes to knowledge on disease-associated autoantibody repertoires as well as the prevalence and persistence of the serological and autoantibody response emerging after viral infection. This work represents a small step towards the goal of understanding the full repertoire complexity. Emergent large-scale techniques combined with the herein described analysis are together poised to identify clinically relevant antigens and advance knowledge on the diversity and heterogeneity of the antibody repertoire.

Antikroppsrepertoaren utgörs av den samling av antikroppar som återfinns i en individ vid ett givet tillfälle. Den uppvisar stor heterogenitet mellan individer samtidigt som den inom en individ både är övervägande stabil över tid och snabbt föränderlig vid immunologiska händelser. Eftersom avgränsade samlingar av antikroppar inom repertoaren bidrar till immunförsvarets funktion och dysfunktion är det av stor vikt att studera de många olika aspekterna av antikroppsrepertoaren för att öka förståelsen av både det försvar mot patogen och de autoimmuna tillstånd som tillkommer genom antikroppars verkan.

Det finns flera banbrytande tekniker som utvecklats för att undersöka olika aspekter av antikroppsrepertoaren samt identifiera särskilda antikroppar som kan bidra till kunskap om friska och sjuka tillstånd. De forskningsarbeten som presenteras i den här avhandlingen använde sig av analysmetoder som grundar sig på plana ytor och mikrosfärer för att undersöka olika delar av antikroppsrepertoaren. Dessa delar bestod av antikroppar mot proteiner hos SARS-CoV-2 som undersöktes i serologiska arbeten, samt autoantikroppar mot den stora samling av antigen som finns i HPA – atlasen över människans proteiner. Artikel I utforskar autoantikroppsrepertoarerna hos patienter med psykos med hjälp av 42 000 antigen från HPA arrangerade på plana ytor, följt av riktad analys med antigen fästa till mikrosfärer, och resulterar i identifierade kopplingar mellan antikroppar och specifika symptom. Artikel II definierar den grundläggande serologiska profilen hos en longitudinell kohort med hjälp av en då nyligen utvecklad serologisk metod för att mäta många virusproteiner, samt ger en tidig beskrivning av symtomatologin vid COVID-19. Artikel III undersöker varaktigheten av antikroppar fyra månader efter SARS-CoV-2-infektion och mångfalden av deras antigen. Detta arbete följs upp i Artikel IV som undersöker varaktigheten av det humorala och cellulära immunsvaret mot infektion och dess skyddande effekt mot återinfektion. Artikel V sammanbinder dessa delar genom att utforska antikroppsrepertoaren hos den beskrivna longitudinella kohorten och identifiera autoantikroppar som uppkommer vid infektion med hjälp av analysmetoder med både mänskliga och virala antigen. Artikeln kopplar tre nyuppkomna autoantikroppar till symtom efter COVID-19 och påvisar sekvenslikhet mellan mänskliga och virala epitop, vilket kan antyda molekylär mimikry.

Antikroppsrepertoarer är heterogena och mångfasetterade och kräver därför flera metoder för full förståelse. De forskningsarbeten som förs fram i den här avhandlingen omfattar analys av en fasett med hjälp av antigenbaserade analysmetoder. Dessa arbeten bidrar till kunskap om sjukdomskopplade autoantikroppsrepertoarer samt förekomsten och varaktigheten hos det serologiska svaret och autoantikroppar efter virusinfektion. Arbetet representerar ett litet steg mot det slutgiltiga målet att förstå helheten av repertoarens komplexitet. Banbrytande storskaliga tekniker i kombination med den analys som beskrivs i den här avhandlingen har stor potential att identifiera kliniskt relevanta antigen och ge ökad kunskap om antikroppsrepertoarens mångfald och heterogenitet.