A single, low-dose intradermal immunization with lipid-nanoparticle-encapsulated nucleoside-modified mRNA encoding the pre-membrane and envelope glycoproteins of Zika virus protects both mice and rhesus macaques against infection and elicits rapid and long-lasting neutralizing antibody responses. Public health efforts to combat Zika virus disease are hampered by lack of a safe and efficient vaccine. Drew Weissman and colleagues report the development of a candidate vaccine that is based on chemically stabilized messenger RNA (mRNA) that encodes the premembrane and envelope glycoproteins of the Zika virus. This mRNA is packaged into lipid nanoparticles that can be delivered intradermally. A single dose of the vaccine gave mice and rhesus macaques long-term immunity to the Zika virus. These findings pave the way for the development of candidate vaccines that could protect humans against Zika virus disease. Zika virus (ZIKV) has recently emerged as a pandemic associated with severe neuropathology in newborns and adults1. There are no ZIKV-specific treatments or preventatives. Therefore, the development of a safe and effective vaccine is a high priority. Messenger RNA (mRNA) has emerged as a versatile and highly effective platform to deliver vaccine antigens and therapeutic proteins2,3. Here we demonstrate that a single low-dose intradermal immunization with lipid-nanoparticle-encapsulated nucleoside-modified mRNA (mRNA–LNP) encoding the pre-membrane and envelope glycoproteins of a strain from the ZIKV outbreak in 2013 elicited potent and durable neutralizing antibody responses in mice and non-human primates. Immunization with 30 μg of nucleoside-modified ZIKV mRNA–LNP protected mice against ZIKV challenges at 2 weeks or 5 months after vaccination, and a single dose of 50 μg was sufficient to protect non-human primates against a challenge at 5 weeks after vaccination. These data demonstrate that nucleoside-modified mRNA–LNP elicits rapid and durable protective immunity and therefore represents a new and promising vaccine candidate for the global fight against ZIKV.

ABSTRACT A window of opportunity for immune responses to extinguish human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) exists from the moment of transmission through establishment of the latent pool of HIV-1-infected cells. A critical time to study the initial immune responses to the transmitted/founder virus is the eclipse phase of HIV-1 infection (time from transmission to the first appearance of plasma virus), but, to date, this period has been logistically difficult to analyze. To probe B-cell responses immediately following HIV-1 transmission, we have determined envelope-specific antibody responses to autologous and consensus Envs in plasma donors from the United States for whom frequent plasma samples were available at time points immediately before, during, and after HIV-1 plasma viral load (VL) ramp-up in acute infection, and we have modeled the antibody effect on the kinetics of plasma viremia. The first detectable B-cell response was in the form of immune complexes 8 days after plasma virus detection, whereas the first free plasma anti-HIV-1 antibody was to gp41 and appeared 13 days after the appearance of plasma virus. In contrast, envelope gp120-specific antibodies were delayed an additional 14 days. Mathematical modeling of the earliest viral dynamics was performed to determine the impact of antibody on HIV replication in vivo as assessed by plasma VL. Including the initial anti-gp41 immunoglobulin G (IgG), IgM, or both responses in the model did not significantly impact the early dynamics of plasma VL. These results demonstrate that the first IgM and IgG antibodies induced by transmitted HIV-1 are capable of binding virions but have little impact on acute-phase viremia at the timing and magnitude that they occur in natural infection.

SARS-CoV-2 from alpha to epsilon As battles to contain the COVID-19 pandemic continue, attention is focused on emerging variants of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) virus that have been deemed variants of concern because they are resistant to antibodies elicited by infection or vaccination or they increase transmissibility or disease severity. Three papers used functional and structural studies to explore how mutations in the viral spike protein affect its ability to infect host cells and to evade host immunity. Gobeil et al . looked at a variant spike protein involved in transmission between minks and humans, as well as the B1.1.7 (alpha), B.1.351 (beta), and P1 (gamma) spike variants; Cai et al . focused on the alpha and beta variants; and McCallum et al . discuss the properties of the spike protein from the B1.1.427/B.1.429 (epsilon) variant. Together, these papers show a balance among mutations that enhance stability, those that increase binding to the human receptor ACE2, and those that confer resistance to neutralizing antibodies. —VV

The RV144 HIV-1 trial of the canary pox vector (ALVAC-HIV) plus the gp120 AIDSVAX B/E vaccine demonstrated an estimated efficacy of 31%, which correlated directly with antibodies to HIV-1 envelope variable regions 1 and 2 (V1-V2). Genetic analysis of trial viruses revealed increased vaccine efficacy against viruses matching the vaccine strain at V2 residue 169. Here, we isolated four V2 monoclonal antibodies from RV144 vaccinees that recognize residue 169, neutralize laboratory-adapted HIV-1, and mediate killing of field-isolate HIV-1-infected CD4+ T cells. Crystal structures of two of the V2 antibodies demonstrated that residue 169 can exist within divergent helical and loop conformations, which contrasted dramatically with the β strand conformation previously observed with a broadly neutralizing antibody PG9. Thus, RV144 vaccine-induced immune pressure appears to target a region that may be both sequence variable and structurally polymorphic. Variation may signal sites of HIV-1 envelope vulnerability, providing vaccine designers with new options.

Analysis of correlates of risk of infection in the RV144 HIV-1 vaccine efficacy trial demonstrated that plasma IgG against the HIV-1 envelope (Env) variable region 1 and 2 inversely correlated with risk, whereas HIV-1 Env-specific plasma IgA responses directly correlated with risk. In the secondary analysis, antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) was another inverse correlate of risk, but only in the presence of low plasma IgA Env-specific antibodies. Thus, we investigated the hypothesis that IgA could attenuate the protective effect of IgG responses through competition for the same Env binding sites. We report that Env-specific plasma IgA/IgG ratios are higher in infected than in uninfected vaccine recipients in RV144. Moreover, Env-specific IgA antibodies from RV144 vaccinees blocked the binding of ADCC-mediating mAb to HIV-1 Env glycoprotein 120 (gp120). An Env-specific monomeric IgA mAb isolated from an RV144 vaccinee also inhibited the ability of natural killer cells to kill HIV-1–infected CD4 + T cells coated with RV144-induced IgG antibodies. We show that monomeric Env-specific IgA, as part of postvaccination polyclonal antibody response, may modulate vaccine-induced immunity by diminishing ADCC effector function.

Detailed studies of the broadly neutralizing antibodies (bNAbs) that underlie the best available examples of the humoral immune response to HIV are providing important information for the development of therapies and prophylaxis for HIV-1 infection. Here, we report a CD4-binding site (CD4bs) antibody, named N6, that potently neutralized 98% of HIV-1 isolates, including 16 of 20 that were resistant to other members of its class. N6 evolved a mode of recognition such that its binding was not impacted by the loss of individual contacts across the immunoglobulin heavy chain. In addition, structural analysis revealed that the orientation of N6 permitted it to avoid steric clashes with glycans, which is a common mechanism of resistance. Thus, an HIV-1-specific bNAb can achieve potent, near-pan neutralization of HIV-1, making it an attractive candidate for use in therapy and prophylaxis.

SARS-CoV-2 infection has emerged as a serious global pandemic. Because of the high transmissibility of the virus and the high rate of morbidity and mortality associated with COVID-19, developing effective and safe vaccines is a top research priority. Here, we provide a detailed evaluation of the immunogenicity of lipid nanoparticle-encapsulated, nucleoside-modified mRNA (mRNA-LNP) vaccines encoding the full-length SARS-CoV-2 spike protein or the spike receptor binding domain in mice. We demonstrate that a single dose of these vaccines induces strong type 1 CD4+ and CD8+ T cell responses, as well as long-lived plasma and memory B cell responses. Additionally, we detect robust and sustained neutralizing antibody responses and the antibodies elicited by nucleoside-modified mRNA vaccines do not show antibody-dependent enhancement of infection in vitro. Our findings suggest that the nucleoside-modified mRNA-LNP vaccine platform can induce robust immune responses and is a promising candidate to combat COVID-19.

The severe acute respiratory coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike (S) protein is the target of vaccine design efforts to end the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic. Despite a low mutation rate, isolates with the D614G substitution in the S protein appeared early during the pandemic and are now the dominant form worldwide. Here, we explore S conformational changes and the effects of the D614G mutation on a soluble S ectodomain construct. Cryoelectron microscopy (cryo-EM) structures reveal altered receptor binding domain (RBD) disposition; antigenicity and proteolysis experiments reveal structural changes and enhanced furin cleavage efficiency of the G614 variant. Furthermore, furin cleavage alters the up/down ratio of the RBDs in the G614 S ectodomain, demonstrating an allosteric effect on RBD positioning triggered by changes in the SD2 region, which harbors residue 614 and the furin cleavage site. Our results elucidate SARS-CoV-2 S conformational landscape and allostery and have implications for vaccine design.

To determine the spectrum of antiviral antibodies in HIV-1-infected individuals in whom viral replication is spontaneously undetectable, termed HIV controllers (HICs).Multicenter French trial ANRS EP36 studying the viral control in HICs.Neutralizing Antibody (nAb) activities (neutralization assay, competition with broadly reactive monoclonal antibodies, and reactivity against the viral MPER gp41 region), FcgammaR-mediated antiviral activities, antibody-dependent cell cytotoxicity (ADCC), as well as autoantibody levels, were quantified in plasma from 22 controllers and from viremic individuals. The levels of these different antibody responses and HIV-specific CD8 T cell responses quantified by enzyme-linked immunosorbent spot (ELISPOT) IFNgamma assay were compared in each controller.The levels of antibody against the gp120 CD4 binding site, gp41, as well as Env epitopes near to the sites bound by broadly nAbs 2F5 and 1b12 were not different between HICs and viremic individuals. We did not find significant autoantibody levels in HICs. The magnitude and breadth of nAbs were heterogeneous in HICs but lower than in viremic individuals. The levels of nAbs using FcgammaR-mediated assay inhibition were similar in both groups. Regardless of the type of antibody tested, there was no correlation with HIV-specific CD8 T cell responses. ADCC was detectable in all controllers tested and was significantly higher than in viremic individuals (P < 0.0002).There was no single anti-HIV-1 antibody specificity that was a clear correlate of immunity in controllers. Rather, for most antibody types, controllers had the same or lower levels of nAbs than viremic individuals, with the possible exception of ADCC antibodies.