Abstract Approximately 1 in 200 infants is born with congenital cytomegalovirus (CMV), making it the most common congenital infection. About 1 in 5 congenitally-infected babies will suffer long-term sequelae, including sensorineural deafness, intellectual disability, and epilepsy. CMV infection is highly species-dependent, and the Rhesus CMV (RhCMV) infection of rhesus monkey fetuses is the only animal model that replicates essential features of congenital CMV infection in humans, including placental transmission, fetal disease, and fetal loss. To better understand the determinants and dynamics of congenital CMV transmission, we developed a mathematical model for placental transmission, comprising of maternal, placental, and fetal compartments using parameters from literature and experimental data from RhCMV seronegative rhesus macaques inoculated with RhCMV at 7.7-9.0 weeks of pregnancy. The model was then used to study the effect of the timing of inoculation, maternal immune suppression, and hyper-immune globulin infusion on the risk of placental transmission in the context of primary and reactivated chronic maternal CMV infection. Author summary Congenital cytomegalovirus (CMV) is the most common congenital infection in humans. Congenial CMV affects 1 in 200 infants, and can result in sensorineural deafness, intellectual disability, epilepsy, and death. The Rhesus CMV (RhCMV) model is the only animal model that replicates essential features of congenital CMV infection and fetal sequelae in humans and provides a critical experimental system to develop mechanistic insight. We propose a novel mathematical model for CMV transmission that integrates viral dynamics in the maternal, placental, and fetal compartments. We calibrate the model using data from RhCMV transmission experiments and show that the model can recapitulate experimental observations of primary versus reactivated chronic CMV infection in pregnancy, primary infection at different stages in pregnancy, and infection in the presence of varying degrees of immune suppression and hyper-immune globulin infusion. Our in-silico model provides a means to rapidly explore mechanistic hypotheses for the physical, viral, and immune determinants of CMV transmission to complement and support expensive and difficult experiments on non-human primates.

Summary Congenital Zika virus (ZIKV) infection results in neurodevelopmental deficits in up to 14% of infants born to ZIKV-infected mothers. Neutralizing antibodies are a critical component of protective immunity. Here, we demonstrate that plasma IgM responses contribute to ZIKV immunity in pregnancy, mediating neutralization up to three months post symptoms. From a ZIKV-infected pregnant woman, we established a B cell line secreting a pentameric ZIKV-specific IgM (DH1017.IgM) that exhibited ultrapotent ZIKV neutralization dependent on the IgM isotype. DH1017.IgM targets a novel envelope dimer epitope within Domain II. The arrangement of this epitope on the virion is compatible with concurrent engagement of all ten antigen-binding sites of DH1017.IgM, a solution not achievable by IgG antibodies. DH1017.IgM protected against lethal ZIKV challenge in mice. Our findings identify a unique role of antibodies of the IgM isotype in protection against ZIKV and posit DH1017.IgM as a safe and effective candidate immunoprophylactic, particularly during pregnancy. Key points Plasma IgM contributes to early ZIKV neutralization during pregnancy Ultrapotent neutralization by pentameric DH1017.IgM mAb depends on isotype DH1017.IgM can engage all binding sites concurrently through different angles of approach DH1017.IgM protects mice against lethal ZIKV challenge

Human cytomegalovirus (HCMV) is the most common congenital infection, and the leading nongenetic cause of sensorineural hearing loss (SNHL) in newborns globally. A gB subunit vaccine administered with adjuvent MF59 (gB/MF59) is the most efficacious tested to-date, achieving 50% efficacy in preventing infection of HCMV-seronegative mothers. We recently discovered that gB/MF59 vaccination elicited primarily non-neutralizing antibody responses, that HCMV strains acquired by vaccinees more often included strains with gB genotypes that are distinct from the vaccine antigen, and that protection against HCMV acquisition correlated with ability of vaccine-elicited antibodies to bind to membrane associated gB. Thus, we hypothesized that gB-specific non-neutralizing antibody binding breadth and function are dependent on their epitope and genotype specificity as well as their ability to interact with membrane-associated gB. Twenty-four gB-specific monoclonal antibodies (mAbs) isolated from naturally HCMV-infected individuals were mapped for gB domain specificity by binding antibody multiplex assay (BAMA) and for genotype preference binding to membrane-associated gB presented on transfected cells. We defined their non-neutralizing functions including antibody dependent cellular phagocytosis (ADCP) and antibody dependent cellular cytotoxicity (ADCC). The isolated gB-specific non-neutralizing mAbs were primarily specific for Domain II and linear antigenic domain 2 site 2 (AD2). We observed variability in mAb gB genotype binding preference, with increased binding to gB genotypes 2 and 4. Functional studies identified two gB-specific mAbs that facilitate ADCP and have binding specificities of AD2 and Domain II. This investigation provides novel understanding on the impact of gB domain specificity and antigenic variability on gB-specific non-neutralizing antibody responses.

Abstract Human cytomegalovirus (HCMV) remains the most common congenital infection and infectious complication in immunocompromised patients. The most successful HCMV vaccine to-date, an HCMV glycoprotein B (gB) subunit vaccine adjuvanted with MF59, achieved 50% efficacy against primary HCMV infection. A previous study demonstrated that gB/MF59 vaccinees were less frequently infected with HCMV gB genotype strains most similar to the vaccine strain than strains encoding genetically distinct gB genotypes, suggesting strain-specific immunity accounted for the limited efficacy. To determine whether vaccination with multiple HCMV gB genotypes could increase the breadth of anti-HCMV gB humoral and cellular responses, we immunized 18 female rabbits with monovalent (gB-1), bivalent (gB-1+gB-3), or pentavalent (gB-1+gB-2+gB-3+gB-4+gB-5) gB lipid nanoparticle-encapsulated nucleoside-modified RNA (mRNA-LNP) vaccines. The multivalent vaccine groups did not demonstrate higher magnitude or breadth of the IgG response to the gB ectodomain or cell-associated gB compared to that of monovalent vaccine. Also, the multivalent vaccines did not show an increase in the breadth of neutralization activity and antibody-dependent cellular phagocytosis against HCMV strains encoding distinct gB genotypes. Yet, peripheral blood mononuclear cell-derived T cell responses elicited by multivalent vaccines were of a higher magnitude compared to that of monovalent vaccinated animals against a vaccine-mismatched gB genotype at peak immunogenicity. Our data suggests that inclusion of multivalent gB antigens is beneficial to increase the magnitude of T cell response but not an effective strategy to increase the breadth of anti-HCMV gB antibody responses. Further studies are required to validate whether the multivalent gB mRNA vaccines could effectively increase the T cell response breadth.

Abstract Congenital cytomegalovirus (cCMV) is the leading infectious cause of neurologic defects in newborns with particularly severe sequelae in the setting of primary CMV infection in the first trimester of pregnancy. The majority of cCMV cases worldwide occur after non-primary infection in CMV-seropositive women; yet the extent to which pre-existing natural CMV-specific immunity protects against CMV reinfection or reactivation during pregnancy remains ill-defined. We previously reported on a novel nonhuman primate model of cCMV in rhesus macaques where 100% placental transmission and 83% fetal loss were seen in CD4 + T lymphocyte-depleted rhesus CMV (RhCMV)-seronegative dams after primary RhCMV infection. To investigate the protective effect of preconception maternal immunity, we performed reinfection studies in CD4+ T lymphocyte-depleted RhCMV-seropositive dams inoculated in late first / early second trimester gestation with RhCMV strains 180.92 ( n =2), or RhCMV UCD52 and FL-RhCMVΔRh13.1/SIV gag , a wild-type-like RhCMV clone with SIV gag inserted as an immunological marker ( n =3). An early transient increase in circulating monocytes followed by boosting of the pre-existing RhCMV-specific CD8+ T lymphocyte and antibody response was observed in the reinfected dams but not in control CD4+ T lymphocyte-depleted dams. Emergence of SIV Gag-specific CD8+ T lymphocyte responses in macaques inoculated with the FL-RhCMVΔRh13.1/SIV gag virus confirmed reinfection. Placental transmission was detected in only one of five reinfected dams and there were no adverse fetal sequelae. Viral whole genome, short-read, deep sequencing analysis confirmed transmission of both reinfection RhCMV strains across the placenta with ∼30% corresponding to FL-RhCMVΔRh13.1/SIV gag and ∼70% to RhCMV UCD52, consistent with the mixed human CMV infections reported in infants with cCMV. Our data showing reduced placental transmission and absence of fetal loss after non-primary as opposed to primary infection in CD4+ T lymphocyte-depleted dams indicates that preconception maternal CMV-specific CD8+ T lymphocyte and/or humoral immunity can protect against cCMV infection. Author Summary Globally, pregnancies in CMV-seropositive women account for the majority of cases of congenital CMV infection but the immune responses needed for protection against placental transmission in mothers with non-primary infection remains unknown. Recently, we developed a nonhuman primate model of primary rhesus CMV (RhCMV) infection in which placental transmission and fetal loss occurred in RhCMV-seronegative CD4+ T lymphocyte-depleted macaques. By conducting similar studies in RhCMV-seropositive dams, we demonstrated the protective effect of pre-existing natural CMV-specific CD8+ T lymphocytes and humoral immunity against congenital CMV after reinfection. A 5-fold reduction in congenital transmission and complete protection against fetal loss was observed in dams with pre-existing immunity compared to primary CMV in this model. Our study is the first formal demonstration in a relevant model of human congenital CMV that natural pre-existing CMV-specific maternal immunity can limit congenital CMV transmission and its sequelae. The nonhuman primate model of non-primary congenital CMV will be especially relevant to studying immune requirements of a maternal vaccine for women in high CMV seroprevalence areas at risk of repeated CMV reinfections during pregnancy.

Congenital cytomegalovirus (cCMV) infection is the leading infectious cause of neonatal neurological impairment but essential virological determinants of transplacental CMV transmission remain unclear. The pentameric complex (PC), composed of five subunits, glycoproteins H (gH), gL, UL128, UL130, and UL131A, is essential for efficient entry into non-fibroblast cells in vitro . Based on this role in cell tropism, the PC is considered a possible target for CMV vaccines and immunotherapies to prevent cCMV. To determine the role of the PC in transplacental CMV transmission in a non-human primate model of cCMV, we constructed a PC-deficient rhesus CMV (RhCMV) by deleting the homologues of the HCMV PC subunits UL128 and UL130 and compared congenital transmission to PC-intact RhCMV in CD4+ T cell-depleted or immunocompetent RhCMV-seronegative, pregnant rhesus macaques (RM). Surprisingly, we found that the transplacental transmission rate was similar for PC-intact and PC-deleted RhCMV based on viral genomic DNA detection in amniotic fluid. Moreover, PC-deleted and PC-intact RhCMV acute infection led to similar peak maternal plasma viremia. However, there was less viral shedding in maternal urine and saliva and less viral dissemination in fetal tissues in the PC-deleted group. As expected, dams inoculated with PC-deleted RhCMV demonstrated lower plasma IgG binding to PC-intact RhCMV virions and soluble PC, as well as reduced neutralization of PC-dependent entry of the PC-intact RhCMV isolate UCD52 into epithelial cells. In contrast, binding to gH expressed on the cell surface and neutralization of entry into fibroblasts by the PC-intact RhCMV was higher for dams infected with PC-deleted RhCMV compared to those infected with PC-intact RhCMV. Our data demonstrates that the PC is dispensable for transplacental CMV infection in our non-human primate model.Congenital CMV transmission frequency in seronegative rhesus macaques is not affected by the deletion of the viral pentameric complex.