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.

T-cell defects and premature thymic atrophy occur in cancer patients and tumor-bearing animals. We demonstrate that exposure of mice to recombinant vascular endothelial growth factor (VEGF) at concentrations similar to those observed in advanced stage cancer patients reproduces this profound thymic atrophy and is highlighted by a dramatic reduction in CD4+/CD8+ thymocytes. We find that VEGF does not induce thymocyte apoptosis, but instead rapidly decreases the number of the earliest observable progenitors in the thymus. VEGF does not inhibit thymocyte development in fetal thymic organ culture, further suggesting a prethymic effect. We also demonstrate that bone marrow progenitors from animals infused with recombinant VEGF and transferred to irradiated untreated animals recolonize the thymus more efficiently than progenitors from control animals. This suggests that VEGF exposure is associated with an increased population of thymus-committed progenitors in the bone marrow. We hypothesize that pathophysiologically relevant concentrations of VEGF may block the differentiation and/or emigration of these progenitors resulting in the observed thymic atrophy. Removal of VEGF via cessation of infusion or adoptive transfer of progenitors to a congenic host induces a preferential commitment of lymphoid progenitors to the T lineage and results in a restoration of the normal composition and cellularity of the thymus. These data demonstrate that at pathophysiologic concentrations, VEGF interferes with the development of T cells from early hematopoetic progenitor cells and this may contribute to tumor-associated immune deficiencies.

Ionizing radiation causes acute radiation syndrome, which leads to hematopoietic, gastrointestinal, and cerebrovascular injuries. We investigated a population of mice that recovered from high-dose radiation to live normal life spans. These "elite-survivors" harbored distinct gut microbiota that developed after radiation and protected against radiation-induced damage and death in both germ-free and conventionally housed recipients. Elevated abundances of members of the bacterial taxa

The deployment of effective vaccines against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is critical to eradicate the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic. Many licensed vaccines confer protection by inducing long-lived plasma cells (LLPCs) and memory B cells (MBCs), cell types canonically generated during germinal center (GC) reactions. Here, we directly compared two vaccine platforms—mRNA vaccines and a recombinant protein formulated with an MF59-like adjuvant—looking for their abilities to quantitatively and qualitatively shape SARS-CoV-2-specific primary GC responses over time. We demonstrated that a single immunization with SARS-CoV-2 mRNA, but not with the recombinant protein vaccine, elicited potent SARS-CoV-2-specific GC B and T follicular helper (Tfh) cell responses as well as LLPCs and MBCs. Importantly, GC responses strongly correlated with neutralizing antibody production. mRNA vaccines more efficiently induced key regulators of the Tfh cell program and influenced the functional properties of Tfh cells. Overall, this study identifies SARS-CoV-2 mRNA vaccines as strong candidates for promoting robust GC-derived immune responses.

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.

Aided by extensive spike protein mutation, the SARS-CoV-2 Omicron variant overtook the previously dominant Delta variant. Spike conformation plays an essential role in SARS-CoV-2 evolution via changes in receptor binding domain (RBD) and neutralizing antibody epitope presentation affecting virus transmissibility and immune evasion. Here, we determine cryo-EM structures of the Omicron and Delta spikes to understand the conformational impacts of mutations in each. The Omicron spike structure revealed an unusually tightly packed RBD organization with long range impacts that were not observed in the Delta spike. Binding and crystallography revealed increased flexibility at the functionally critical fusion peptide site in the Omicron spike. These results reveal a highly evolved Omicron spike architecture with possible impacts on its high levels of immune evasion and transmissibility.

SUMMARY Betacoronaviruses (betaCoVs) caused the severe acute respiratory syndrome (SARS) and Middle East Respiratory Syndrome (MERS) outbreaks, and now the SARS-CoV-2 pandemic. Vaccines that elicit protective immune responses against SARS-CoV-2 and betaCoVs circulating in animals have the potential to prevent future betaCoV pandemics. Here, we show that immunization of macaques with a multimeric SARS-CoV-2 receptor binding domain (RBD) nanoparticle adjuvanted with 3M-052-Alum elicited cross-neutralizing antibody responses against SARS-CoV-1, SARS-CoV-2, batCoVs and the UK B.1.1.7 SARS-CoV-2 mutant virus. Nanoparticle vaccination resulted in a SARS-CoV-2 reciprocal geometric mean neutralization titer of 47,216, and robust protection against SARS-CoV-2 in macaque upper and lower respiratory tracts. Importantly, nucleoside-modified mRNA encoding a stabilized transmembrane spike or monomeric RBD protein also induced SARS-CoV-1 and batCoV cross-neutralizing antibodies, albeit at lower titers. These results demonstrate current mRNA vaccines may provide some protection from future zoonotic betaCoV outbreaks, and provide a platform for further development of pan-betaCoV nanoparticle vaccines.

Abstract The SARS-CoV-2 spike (S) protein, a primary target for COVID-19 vaccine development, presents its Receptor Binding Domain in two conformations: receptor-accessible “up” or receptor-inaccessible “down” conformations. Here, we report that the commonly used stabilized S ectodomain construct “2P” is sensitive to cold temperature, and that this cold sensitivity is resolved in a “down” state stabilized spike. Our results will impact structural, functional and vaccine studies that use the SARS-CoV-2 S ectodomain.