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.

Topical agents, such as microbicides, that can protect against human immunodeficiency virus (HIV) transmission are urgently needed. Using a chimeric simian/human immunodeficiency virus (SHIV SF162), which is tropic for the chemokine receptor CCR5, we report that topical application of high doses of PSC-RANTES, an amino terminus–modified analog of the chemokine RANTES, provided potent protection against vaginal challenge in rhesus macaques. These experimental findings have potentially important implications for understanding vaginal transmission of HIV and the design of strategies for its prevention.

To guide vaccine design, we assessed whether human monoclonal antibodies (MAbs) b12 and b6 against the CD4 binding site (CD4bs) on HIV-1 gp120 and F240 against an immundominant epitope on gp41 could prevent vaginal transmission of simian HIV (SHIV)-162P4 to macaques. The two anti-gp120 MAbs have similar monomeric gp120-binding properties, measured in vitro, but b12 is strongly neutralizing and b6 is not. F240 is nonneutralizing. Applied vaginally at a high dose, the strongly neutralizing MAb b12 provided sterilizing immunity in seven of seven animals, b6 in zero of five animals, and F240 in two of five animals. Compared with control animals, the protection by b12 achieved statistical significance, whereas that caused by F240 did not. For two of three unprotected F240-treated animals there was a trend toward lowered viremia. The potential protective effect of F240 may relate to the relatively strong ability of this antibody to capture infectious virions. Additional passive transfer experiments also indicated that the ability of the administered anti-gp120 MAbs to neutralize the challenge virus was a critical influence on protection. Furthermore, when data from all of the experiments were combined, there was a significant increase in the number of founder viruses establishing infection in animals receiving MAb b6, compared with other nonprotected macaques. Thus, a gp120-binding, weakly neutralizing MAb to the CD4bs was, at best, completely ineffective at protection. A nonneutralizing antibody to gp41 may have a limited capacity to protect, but the results suggest that the central focus of HIV-1 vaccine research should be on the induction of potently neutralizing antibodies.

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.