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.

Antibodies capable of neutralizing HIV-1 often target variable regions 1 and 2 (V1V2) of the HIV-1 envelope, but the mechanism of their elicitation has been unclear. Here we define the developmental pathway by which such antibodies are generated and acquire the requisite molecular characteristics for neutralization. Twelve somatically related neutralizing antibodies (CAP256-VRC26.01–12) were isolated from donor CAP256 (from the Centre for the AIDS Programme of Research in South Africa (CAPRISA)); each antibody contained the protruding tyrosine-sulphated, anionic antigen-binding loop (complementarity-determining region (CDR) H3) characteristic of this category of antibodies. Their unmutated ancestor emerged between weeks 30–38 post-infection with a 35-residue CDR H3, and neutralized the virus that superinfected this individual 15 weeks after initial infection. Improved neutralization breadth and potency occurred by week 59 with modest affinity maturation, and was preceded by extensive diversification of the virus population. HIV-1 V1V2-directed neutralizing antibodies can thus develop relatively rapidly through initial selection of B cells with a long CDR H3, and limited subsequent somatic hypermutation. These data provide important insights relevant to HIV-1 vaccine development. A longitudinal study of an individual patient developing neutralizing antibodies against HIV-1 (targeting the V1V2 region of gp120) reveals how such neutralizing antibodies develop and evolve over time, providing important insights relevant to vaccine development. A better understanding of how HIV-1-neutralizing antibodies are generated could be a useful contribution to the design of improved AIDS vaccines. John Mascola and colleagues have now elucidated the immunological pathway of an important category of HIV-1-neutralizing antibody — those that target the variable V1V2 region of the viral envelope. These antibodies are more frequently elicited than CD4-binding site antibodies in the early stages of HIV infection and feature modest affinity maturation, a process that favours mutations in antibody variable domains that enhance antigen binding.

An HIV antibody achieves potency and breadth by binding simultaneously to two conserved glycans on the viral envelope protein.

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.

Steps in the right direction HIV-1 mutates rapidly, making it difficult to design a vaccine that will protect people against all of the virus' iterations. A potential successful vaccine design might protect by eliciting broadly neutralizing antibodies (bNAbs), which target specific regions on HIV-1's trimeric envelope glycoprotein (Env) (see the Perspective by Mascola). Jardine et al. used mice engineered to express germline-reverted heavy chains of a particular bNAb and immunized them with an Env-based immunogen designed to bind to precursors of that bNAb. Sanders et al. compared rabbits and monkeys immunized with Env trimers that adopt a nativelike conformation. In both cases, immunized animals produced antibodies that shared similarities with bNAbs. Boosting these animals with other immunogens may drive these antibodies to further mutate into the longsought bNAbs. Chen et al. report that retaining the cytoplasmic domain of Env proteins may be important to attract bNAbs. Removing the cytoplasmic domain may distract the immune response and instead generate antibodies that target epitopes on Env that would not lead to protection. Science , this issue p. 139 , 10.1126/science.aac4223 , p. 156 ; see also p. 191

All previously characterized broadly neutralizing antibodies to the HIV-1 envelope glycoprotein (Env) target one of four major sites of vulnerability. Here, we define and structurally characterize a unique epitope on Env that is recognized by a recently discovered family of human monoclonal antibodies (PGT151-PGT158). The PGT151 epitope is comprised of residues and glycans at the interface of gp41 and gp120 within a single protomer and glycans from both subunits of a second protomer and represents a neutralizing epitope that is dependent on both gp120 and gp41. Because PGT151 binds only to properly formed, cleaved trimers, this distinctive property, and its ability to stabilize Env trimers, has enabled the successful purification of mature, cleaved Env trimers from the cell surface as a complex with PGT151. Here we compare the structural and functional properties of membrane-extracted Env trimers from several clades with those of the soluble, cleaved SOSIP gp140 trimer.

Vaccines are critical for curtailing the COVID-19 pandemic (1, 2). In the USA, two highly protective mRNA vaccines are available: BNT162b2 from Pfizer/BioNTech and mRNA-1273 from Moderna (3, 4). These vaccines induce antibodies to the SARS-CoV-2 S-protein, including neutralizing antibodies (NAbs) predominantly directed against the Receptor Binding Domain (RBD) (1-4). Serum NAbs are induced at modest levels within ~1 week of the first dose, but their titers are strongly boosted by a second dose at 3 (BNT162b2) or 4 weeks (mRNA-1273) (3, 4). SARS-CoV-2 is most commonly transmitted nasally or orally and infects cells in the mucosae of the respiratory and to some extent also the gastrointestinal tract (5). Although serum NAbs may be a correlate of protection against COVID-19, mucosal antibodies might directly prevent or limit virus acquisition by the nasal, oral and conjunctival routes (5). Whether the mRNA vaccines induce mucosal immunity has not been studied. Here, we report that antibodies to the S-protein and its RBD are present in saliva samples from mRNA-vaccinated healthcare workers (HCW). Within 1-2 weeks after their second dose, 37/37 and 8/8 recipients of the Pfizer and Moderna vaccines, respectively, had S-protein IgG antibodies in their saliva, while IgA was detected in a substantial proportion. These observations may be relevant to vaccine-mediated protection from SARS-CoV-2 infection and disease.

Adolescents are a growing population of people living with HIV. The period between weaning and sexual debut presents a low-risk window for HIV acquisition, making early childhood an ideal time for implementing an immunization regimen. Because the elicitation of broadly neutralizing antibodies (bnAbs) is critical for an effective HIV vaccine, our goal was to assess the ability of a bnAb B cell lineage-designed HIV envelope SOSIP (protein stabilized by a disulfide bond between gp120-gp41-named "SOS"-and an isoleucine-to-proline point mutation-named "IP"-at residue 559) to induce precursor CD4 binding site (CD4bs)-targeting bnAbs in early life. Infant rhesus macaques received either a BG505 SOSIP, based on the infant BG505 transmitted/founder virus, or the CD4bs germ line-targeting BG505 SOSIP GT1.1 (

Eliciting potent and broadly neutralizing antibodies (bnAbs) is a major goal in HIV-1 vaccine development. Here, we describe how germline-targeting immunogen BG505 SOSIP germline trimer 1.1 (GT1.1), generated through structure-based design, engages a diverse range of VRC01-class bnAb precursors. A single immunization with GT1.1 expands CD4 binding site (CD4bs)–specific VRC01-class B cells in knock-in mice and drives VRC01-class maturation. In nonhuman primates (NHPs), GT1.1 primes CD4bs-specific neutralizing serum responses. Selected monoclonal antibodies (mAbs) isolated from GT1.1-immunized NHPs neutralize fully glycosylated BG505 virus. Two mAbs, 12C11 and 21N13, neutralize subsets of diverse heterologous neutralization-resistant viruses. High-resolution structures revealed that 21N13 targets the same conserved residues in the CD4bs as VRC01-class and CH235-class bnAbs despite its low sequence similarity (~40%), whereas mAb 12C11 binds predominantly through its heavy chain complementarity-determining region 3. These preclinical data underpin the ongoing evaluation of GT1.1 in a phase 1 clinical trial in healthy volunteers.