A desirable but as yet unachieved property of a human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) vaccine candidate is the ability to induce broadly neutralizing antibodies (bNAbs). One approach to the problem is to create trimeric mimics of the native envelope glycoprotein (Env) spike that expose as many bNAb epitopes as possible, while occluding those for non-neutralizing antibodies (non-NAbs). Here, we describe the design and properties of soluble, cleaved SOSIP.664 gp140 trimers based on the subtype A transmitted/founder strain, BG505. These trimers are highly stable, more so even than the corresponding gp120 monomer, as judged by differential scanning calorimetry. They are also homogenous and closely resemble native virus spikes when visualized by negative stain electron microscopy (EM). We used several techniques, including ELISA and surface plasmon resonance (SPR), to determine the relationship between the ability of monoclonal antibodies (MAbs) to bind the soluble trimers and neutralize the corresponding virus. In general, the concordance was excellent, in that virtually all bNAbs against multiple neutralizing epitopes on HIV-1 Env were highly reactive with the BG505 SOSIP.664 gp140 trimers, including quaternary epitopes (CH01, PG9, PG16 and PGT145). Conversely, non-NAbs to the CD4-binding site, CD4-induced epitopes or gp41ECTO did not react with the trimers, even when their epitopes were present on simpler forms of Env (e.g. gp120 monomers or dissociated gp41 subunits). Three non-neutralizing MAbs to V3 epitopes did, however, react strongly with the trimers but only by ELISA, and not at all by SPR and to only a limited extent by EM. These new soluble trimers are useful for structural studies and are being assessed for their performance as immunogens.

Knowing the Enemy Infection of host cells by HIV-1 is mediated by an envelope glycoprotein (Env) trimeric spike on the surface of the virus. Proteins comprising the Env trimer must be cleaved for infectivity, and thus viral fusion involves three Env conformations. The flexibility of the Env trimer has made it a challenge to determine a high-resolution structure, although such a structure is key both for understanding trimer function and for guiding vaccine design. Lyumkis et al. (p. 1484 ) and Julien et al. (p. 1477 ) studied soluble cleaved trimers stabilized by specific mutations but that have kept a near-native antigenicity profile. Lyumkis et al. present a high-resolution structure of the trimer in complex with a broadly neutralizing antibody, and Julien et al. present a crystal structure of the trimer in complex with another broadly neutralizing antibody.

The emergence of novel severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variants stresses the continued need for next-generation vaccines that confer broad protection against coronavirus disease 2019 (COVID-19). We developed and evaluated an adjuvanted SARS-CoV-2 Spike Ferritin Nanoparticle (SpFN) vaccine in nonhuman primates (NHPs). High-dose (50 µ g) SpFN vaccine, given twice within a 28 day interval, induced a Th1-biased CD4 T cell helper response and a peak neutralizing antibody geometric mean titer of 52,773 against wild-type virus, with activity against SARS-CoV-1 and minimal decrement against variants of concern. Vaccinated animals mounted an anamnestic response upon high-dose SARS-CoV-2 respiratory challenge that translated into rapid elimination of replicating virus in their upper and lower airways and lung parenchyma. SpFN's potent and broad immunogenicity profile and resulting efficacy in NHPs supports its utility as a candidate platform for SARS-like betacoronaviruses.A SARS-CoV-2 Spike protein ferritin nanoparticle vaccine, co-formulated with a liposomal adjuvant, elicits broad neutralizing antibody responses that exceed those observed for other major vaccines and rapidly protects against respiratory infection and disease in the upper and lower airways and lung tissue of nonhuman primates.

The need for SARS-CoV-2 next-generation vaccines has been highlighted by the rise of variants of concern (VoC) and the long-term threat of other coronaviruses. Here, we designed and characterized four categories of engineered nanoparticle immunogens that recapitulate the structural and antigenic properties of prefusion Spike (S), S1 and RBD. These immunogens induced robust S-binding, ACE2-inhibition, and authentic and pseudovirus neutralizing antibodies against SARS-CoV-2 in mice. A Spike-ferritin nanoparticle (SpFN) vaccine elicited neutralizing titers more than 20-fold higher than convalescent donor serum, following a single immunization, while RBD-Ferritin nanoparticle (RFN) immunogens elicited similar responses after two immunizations. Passive transfer of IgG purified from SpFN- or RFN-immunized mice protected K18-hACE2 transgenic mice from a lethal SARS-CoV-2 virus challenge. Furthermore, SpFN- and RFN-immunization elicited ACE2 blocking activity and neutralizing ID50 antibody titers >2,000 against SARS-CoV-1, along with high magnitude neutralizing titers against major VoC. These results provide design strategies for pan-coronavirus vaccine development.

Abstract Heterogeneous antigen expression is a key barrier influencing the activity of chimeric antigen receptor (CAR) T cells in solid tumors. Here, we develop CAR T cells targeting glypican-1 (GPC1), an oncofetal antigen expressed in pancreatic cancer. We report the generation of dromedary camel V H H nanobody (D4)-based CAR T cells targeting GPC1 and the optimization of the hinge (H) and transmembrane domain (TM) to improve activity. We find that a structurally rigid IgG4H and CD28TM domain brings the two D4 fragments in proximity, driving CAR dimerization and leading to enhanced T-cell signaling and tumor regression in pancreatic cancer models with low antigen density in female mice. Furthermore, single-cell-based proteomic and transcriptomic analysis of D4-IgG4H-CD28TM CAR T cells reveals specific genes (e.g., HMGB1 ) associated with high T-cell polyfunctionality. This study demonstrates the potential of V H H-based CAR T for pancreatic cancer therapy and provides an engineering strategy for developing potent CAR T cells targeting membrane-distal epitopes.

ABSTRACT Emergence of novel variants of the severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) underscores the need for next-generation vaccines able to elicit broad and durable immunity. Here we report the evaluation of a ferritin nanoparticle vaccine displaying the receptor-binding domain of the SARS-CoV-2 spike protein (RFN) adjuvanted with Army Liposomal Formulation QS-21 (ALFQ). RFN vaccination of macaques using a two-dose regimen resulted in robust, predominantly Th1 CD4+ T cell responses and reciprocal peak mean neutralizing antibody titers of 14,000-21,000. Rapid control of viral replication was achieved in the upper and lower airways of animals after high-dose SARS-CoV-2 respiratory challenge, with undetectable replication within four days in 7 of 8 animals receiving 50 µg RFN. Cross-neutralization activity against SARS-CoV-2 variant B.1.351 decreased only ∼2-fold relative to USA-WA1. In addition, neutralizing, effector antibody and cellular responses targeted the heterotypic SARS-CoV-1, highlighting the broad immunogenicity of RFN-ALFQ for SARS-like betacoronavirus vaccine development. Significance Statement The emergence of SARS-CoV-2 variants of concern (VOC) that reduce the efficacy of current COVID-19 vaccines is a major threat to pandemic control. We evaluate a SARS-CoV-2 Spike receptor-binding domain ferritin nanoparticle protein vaccine (RFN) in a nonhuman primate challenge model that addresses the need for a next-generation, efficacious vaccine with increased pan-SARS breadth of coverage. RFN, adjuvanted with a liposomal-QS21 formulation (ALFQ), elicits humoral and cellular immune responses exceeding those of current vaccines in terms of breadth and potency and protects against high-dose respiratory tract challenge. Neutralization activity against the B.1.351 VOC within two-fold of wild-type virus and against SARS-CoV-1 indicate exceptional breadth. Our results support consideration of RFN for SARS-like betacoronavirus vaccine development.

Abstract Phosphatidylinositol 3-kinase-related kinases (PIKKs) are composed of conserved FAT and kinase domains (FATKIN) along with varied solenoid structures made of HEAT repeats. These kinases are activated in response to cellular stress signals, but the mechanisms governing activation and regulation remain unresolved. For DNA-dependent protein kinase (DNA-PK), all existing structures represent inactive states with resolution limited to 4.3 Å at best. Here we report the cryoEM structures of DNA-PKcs (catalytic subunit) bound to a DNA end, or complexed with Ku70/80 and DNA, in both inactive and activated forms at resolutions of 3.7 Å overall, and 3.2 Å for FATKIN. These structures reveal the sequential transition of DNA-PK from inactive to activated forms. Most notably, activation of the kinase involves previously unknown stretching and twisting within individual solenoid segments and coordinated shifts of neighboring segments in opposite directions. This unprecedented structural plasticity of helical repeats may be a general feature of HEAT-repeat proteins.

Ba 2+ increases open probability and blocks the permeation pathway of BK channels. Here we discuss Cryo-EM structures of BK channels with Ba 2+ . They reveal that Ba 2+ occupies site S3 in the selectivity filter, leading to blockade. Ba 2+ are also detected at all high affinity Ca 2+ binding sites of the gating ring. However, the architectures of this region in these structures represent intermediate transitions between the extreme close and open configurations.

SUMMARY Understanding maturation pathways of broadly neutralizing antibodies (bnAbs) against HIV-1 in non-human primates can be highly informative for HIV-1 vaccine development. We now obtained a lineage of J038 from Chinese rhesus macaques after 7-years of SHIV infection. J038 has short complementary determining loops and neutralizes 54% of global circulating HIV-1 strains. Its binding induces a unique “up” conformation for one of the V2 loops in the trimeric envelope glycoprotein (Env) and is heavily dependent on glycan, which provides nearly half of the binding surface. The unmutated common ancestor of the J038 lineage antibodies binds monomeric gp120 and neutralizes the autologous virus. Continuous maturation enhances neutralization potency and breadth of J038 lineage antibodies via expanding antibody-Env contact areas surrounding the core region contacted by germline-encoded residues. Developmental details and recognition features of J038 lineage antibodies revealed here provide a new pathway for maturation elicitation of V2-targeting bnAbs. Highlights • Long-term infected NHPs develop antibodies neutralizing up to 54% of HIV-1 strains • Antibody J038 binds one V2 loop on HIV-1 Env trimer in a unique “up” position • UCA of the J038 lineage effectively neutralizes the autologous virus • J038 lineage antibodies mature through gradually increased contact to glycans

Epitope-targeted HIV vaccine design seeks to focus antibody responses to broadly neutralizing antibody (bnAb) sites by sequential immunization. Chimpanzee SIV Envelope (Env) shares a single bnAb site, the V2-apex, with HIV, suggesting its possible utility in an HIV immunization strategy. Accordingly, we generated a chimpanzee SIV Env trimer, MT145K, which displays selective binding to HIV V2-apex bnAbs and precursor versions, but no binding to other HIV specificities. We determined the structure of the MT145K trimer by cryo-EM and showed its architecture was remarkably similar to HIV Env. Immunization of an HIV V2-apex bnAb precursor Ab-expressing knock-in mouse with chimpanzee MT145K trimer induced HIV V2-specific neutralizing responses. Subsequent boosting with an HIV trimer cocktail induced responses exhibiting some virus cross-neutralization. Overall, the chimpanzee MT145K trimer behaves as expected from design both in vitro and in vivo and is an attractive potential component of a sequential immunization regimen to induce V2-apex bnAbs.