Human and simian immunodeficiency virus (HIV and SIV) replicate optimally in activated memory CD4 + T cells, a cell type that is abundant in the intestine. SIV infection of rhesus monkeys resulted in profound and selective depletion of CD4 + T cells in the intestine within days of infection, before any such changes in peripheral lymphoid tissues. The loss of CD4 + T cells in the intestine occurred coincident with productive infection of large numbers of mononuclear cells at this site. The intestine appears to be a major target for SIV replication and the major site of CD4 + T cell loss in early SIV infection.

In sexual transmission of simian immunodeficiency virus, and early and later stages of human immunodeficiency virus–type 1 (HIV-1) infection, both viruses were found to replicate predominantly in CD4 + T cells at the portal of entry and in lymphoid tissues. Infection was propagated not only in activated and proliferating T cells but also, surprisingly, in resting T cells. The infected proliferating cells correspond to the short-lived population that produces the bulk of HIV-1. Most of the HIV-1–infected resting T cells persisted after antiretroviral therapy. Latently and chronically infected cells that may be derived from this population pose challenges to eradicating infection and developing an effective vaccine.

The utility of the simian immunodeficiency virus of macaques (SIVmac) model of AIDS has been limited by the genetic divergence of the envelope glycoproteins of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) and the SIVs. To develop a better AIDS animal model, we have been exploring the infection of rhesus monkeys with chimeric simian/human immunodeficiency viruses (SHIVs) composed of SIVmac239 expressing HIV-1 env and the associated auxiliary HIV-1 genes tat, vpu, and rev. SHIV-89.6, constructed with the HIV-1 env of a cytopathic, macrophage-tropic clone of a patient isolate of HIV-1 (89.6), was previously shown to replicate to a high degree in monkeys during primary infection. However, pathogenic consequences of chronic infection were not evident. We now show that after two serial in vivo passages by intravenous blood inoculation of naive rhesus monkeys, this SHIV (SHIV-89.6P) induced CD4 lymphopenia and an AIDS-like disease with wasting and opportunistic infections. Genetic and serologic evaluation indicated that the reisolated SHIV-89.6P expressed envelope glycoproteins that resembled those of HIV-1. When inoculated into naive rhesus monkeys, SHIV-89.6P caused persistent infection and CD4 lymphopenia. This chimeric virus expressing patient isolate HIV-1 envelope glycoproteins will be valuable as a challenge virus for evaluating HIV-1 envelope-based vaccines and for exploring the genetic determinants of HIV-1 pathogenicity.

Simian immunodeficiency virus (SIV) can cross the intact vaginal epithelium to establish a systemic infection in macaques (mac). Using this SIVmac model, we found that subcutaneous progesterone implants, which could mimic hormonally based contraceptives, thinned the vaginal epithelium and enhanced SIV vaginal transmission 7.7–fold over that observed in macaques treated with placebo implants and exposed to SIV in the follicular phase of the menstrual cycle. Progesterone treatment also increased the number of SIV DNA–positive cells in the vaginal lamina propria as detected by in situ polymerase chain reaction analysis. Moreover, plasma viral RNA was elevated for the first three months in macaques with progesterone implants, and three of the progesterone–treated macaques developed relatively rapid disease courses. This study shows that SIV genital infection and disease course are enhanced by subcutaneous implants containing progesterone when compared with the rate of vaginal transmission in the follicular phase.

Summary Germinal centers (GCs) are the engines of antibody evolution. Using HIV Env protein immunogen priming in rhesus monkeys (RM) followed by a long period without further immunization, we demonstrate GC B cells (B GC ) lasted at least 6 months (29 weeks), all the while maintaining rapid proliferation. A 186-fold B GC cell increase was present by week 10 compared to a conventional immunization. Single cell transcriptional profiling revealed that both light zone and dark zone GC states were sustained throughout the 6 months. Antibody somatic hypermutation (SHM) of B GC cells continued to accumulate throughout the 29 week priming period, with evidence of selective pressure. Additionally, Env-binding B GC cells were still 49-fold above baseline 29 weeks after immunization, suggesting that they could be active for significantly longer periods of time. High titers of HIV neutralizing antibodies were generated after a single booster immunization. Fully glycosylated HIV trimer protein is a complex antigen, posing significant immunodominance challenges for B cells, among other difficulties. Memory B cells (B Mem ) generated under these long priming conditions had higher levels of SHM, and both B Mem cells and antibodies were more likely to recognize non-immunodominant epitopes. Numerous B GC cell lineage phylogenies spanning the >6-month GC period were identified, demonstrating continuous GC activity and selection for at least 191 days, with no additional antigen exposure. A long prime, adjuvanted, slow delivery (12-day) immunization approach holds promise for difficult vaccine targets, and suggests that patience can have great value for tuning GCs to maximize antibody responses.

The systemic nature of SARS-CoV-2 infection is highly recognized, but poorly characterized. A non-invasive and unbiased method is needed to clarify whole body spatiotemporal dynamics of SARS-CoV-2 infection after transmission. We recently developed a probe based on the anti-SARS-CoV-2 spike antibody CR3022 to study SARS-CoV-2 pathogenesis in vivo. Herein, we describe its use in immunoPET to investigate SARS-CoV-2 infection of three rhesus macaques. Using PET/CT imaging of macaques at different times post-SARS-CoV-2 inoculation, we track the 64Cu-labelled CR3022-F(ab')2 probe targeting the spike protein of SARS-CoV-2 to study the dynamics of infection within the respiratory tract and uncover novel sites of infection. Using this method, we uncovered differences in lung pathology between infection with the WA1 isolate and the delta variant, which were readily corroborated through computed tomography scans. The 64Cu-CR3022-probe also demonstrated dynamic changes occurring between 1- and 2-weeks post-infection. Remarkably, a robust signal was seen in the male genital tract (MGT) of all three animals studied. Infection of the MGT was validated by immunofluorescence imaging of infected cells in the testicular and penile tissue and severe pathology was observed in the testes of one animal at 2-weeks post-infection. The results presented here underscore the utility of using immunoPET to study the dynamics of SARS-CoV-2 infection to understand its pathogenicity and discover new anatomical sites of viral replication. We provide direct evidence for SARS-CoV-2 infection of the MGT in rhesus macaques revealing the possible pathologic outcomes of viral replication at these sites.

ABSTRACT We describe the in vitro and in vivo evaluation of a subcutaneous reservoir implant delivering tenofovir alafenamide hemifumarate (TAF) for the prevention of HIV infection. These long-acting reservoir implants were able to deliver antiretroviral drug for over 90 days in vitro and in vivo . We evaluated the implants for implantation site histopathology and pharmacokinetics in plasma and tissues for up to 12 weeks in New Zealand White rabbits and rhesus macaque models. A dose-ranging study in rabbits demonstrated dose-dependent pharmacokinetics and local inflammation up to severe necrosis around the active implants. The matched placebos showed normal wound healing and fibrous tissue encapsulation of the implant. We designed a second implant with a lower release rate and flux of TAF and achieved a median cellular level of tenofovir diphosphate of 42 fmol per 10 6 rhesus macaque peripheral blood mononuclear cells at a dose of 10 µg/kg/day. This dose and flux of TAF also resulted in adverse local inflammation and necrosis near the implant in rhesus macaques. Inflammation in the primates was markedly lower in the placebo group than the active implant. The histological inflammatory response to the TAF implant at 4 and 12 weeks in primates was graded as a severe reaction. Thus, while we were able to achieve sustained target dose we observed unacceptable inflammatory response locally at the implant tissue interface.

ABSTRACT Understanding the earliest events of HIV sexual transmission is critical to develop and optimize HIV prevention strategies. To gain insights into the earliest steps of HIV rectal transmission, including cellular targets, rhesus macaques were intra-rectally challenged with a single-round SIV-based dual reporter that expresses luciferase and iRFP670 upon productive transduction. The vector was pseudotyped with the HIV-1 envelope JRFL. Regions of tissue containing foci of luminescent, transduced cells were identified macroscopically using an in vivo imaging system, and individual transduced cells expressing fluorescent protein were identified and phenotyped microscopically. This system revealed that anal and rectal tissues are both susceptible to transduction 48 hours after the rectal challenge. Detailed phenotypic analysis revealed that on average, 62% of transduced cells are CCR6 + T cells—the vast majority of which express RORγT, a Th17 lineage-specific transcription factor. The second most common target cells were immature dendritic cells at 20%. These two cell types were transduced at the rates that are four to five times higher than their relative abundances indicate. Our work demonstrates that Th17 T and immature dendritic cells are preferential initial targets of HIV/SIV rectal transmission. IMPORTANCE Men and women who participate in unprotected receptive anal intercourse are at high risk for acquiring HIV. While in vitro data have developed a framework for understanding HIV cell tropism, the initial target cells in the rectal mucosa have not been identified. In this study, we identify these early host cells by using an innovative rhesus macaque rectal challenge model and methodology, which we previously developed. Thus, by shedding light on these early HIV/SIV transmission events, this study provides a specific cellular target for future prevention strategies.

ABSTRACT The study described herein is a continuation of our work in which we developed a methodology to identify small foci of transduced cells following rectal challenge of rhesus macaques with a non-replicative luciferase reporter virus. In the current study, the wild-type virus was added to the inoculation mix and twelve rhesus macaques were necropsied 2-4 days after the rectal challenge to study the changes in infected cell phenotype as the infection progressed. Relying on luciferase reporter we noted that both anus and rectum tissues are susceptible to the virus as early as 48h after the challenge. Small regions of the tissue containing luciferase-positive foci were further analyzed microscopically and were found to also contain cells infected by wild-type virus. Phenotypic analysis of the Env and Gag positive cells in these tissues revealed the virus can infect diverse cell populations, including but not limited to Th17 T cells, non Th17 T cells, immature dendritic cells, and myeloid-like cells. The proportions of the infected cell types, however, did not vary much during the first four days of infection when anus and rectum tissues were examined together. Nonetheless, when the same data was analyzed on a tissue-specific basis, we found significant changes in infected cell phenotypes over the course of infection. For anal tissue, a statistically significant increase in infection was observed for Th17 T cells and myeloid-like cells, while in the rectum, the non-Th17 T cells showed the biggest temporal increase, also of statistical significance. IMPORTANCE Men who have sex with men are at the highest risk of acquiring HIV via receptive anal intercourse. Understanding what sites are permissive to the virus, and what the early cellular targets are is critical for development of effective prevention strategies to control HIV acquisition amid receptive anal intercourse. Our work sheds light on the early HIV/SIV transmission events at the rectal mucosa by identifying the infected cells and highlights the distinct roles that different tissues play in virus acquisition and control.