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

Developing an immunogen that elicits broadly neutralizing antibodies (bNAbs) is an elusive but important goal of HIV vaccine research, especially after the recent failure of the leading T cell based HIV vaccine in human efficacy trials. Even if such an immunogen can be developed, most animal model studies indicate that high serum neutralizing concentrations of bNAbs are required to provide significant benefit in typical protection experiments. One possible exception is provided by the anti-glycan bNAb 2G12, which has been reported to protect macaques against CXCR4-using SHIV challenge at relatively low serum neutralizing titers. Here, we investigated the ability of 2G12 administered intravenously (i.v.) to protect against vaginal challenge of rhesus macaques with the CCR5-using SHIVSF162P3. The results show that, at 2G12 serum neutralizing titers of the order of 1∶1 (IC90), 3/5 antibody-treated animals were protected with sterilizing immunity, i.e. no detectable virus replication following challenge; one animal showed a delayed and lowered primary viremia and the other animal showed a course of infection similar to 4 control animals. This result contrasts strongly with the typically high titers observed for protection by other neutralizing antibodies, including the bNAb b12. We compared b12 and 2G12 for characteristics that might explain the differences in protective ability relative to neutralizing activity. We found no evidence to suggest that 2G12 transudation to the vaginal surface was significantly superior to b12. We also observed that the ability of 2G12 to inhibit virus replication in target cells through antibody-mediated effector cell activity in vitro was equivalent or inferior to b12. The results raise the possibility that some epitopes on HIV may be better vaccine targets than others and support targeting the glycan shield of the envelope.

Most animal studies using passive administration of HIV broadly neutralizing monoclonal antibodies (bnMAbs) have associated protection against high-dose mucosal viral challenge with relatively high serum concentrations of antibody. We recently identified several bnMAbs remarkable for their in vitro potency against HIV. Of these bnMAbs, PGT121 is one of the most broad and potent antibodies isolated to date and shows 10- to 100-fold higher neutralizing activity than previously characterized bnMAbs. To evaluate the protective potency of PGT121 in vivo, we performed a protection study in rhesus macaques. Animals were i.v. administered 5 mg/kg, 1 mg/kg, or 0.2 mg/kg PGT121 24 h before being vaginally challenged with a single high dose of chimeric simian-human immunodeficiency virus (SHIV) SF162P3 . Sterilizing immunity was achieved in all animals administered 5 mg/kg and 1 mg/kg and three of five animals administered 0.2 mg/kg PGT121, with corresponding average antibody serum concentrations of 95 µg/mL, 15 µg/mL, and 1.8 µg/mL, respectively. The results suggest that a protective serum concentration for PGT121 is in the single-digit µg/mL for SHIV SF162P3 , showing that PGT121 can mediate sterilizing immunity at serum concentrations that are significantly lower than those observed in previous studies and that may be achievable through vaccination with the development of a suitable immunogen.

Abstract Infection with Asian-lineage Zika virus (ZIKV) has been associated with Guillain–Barré syndrome and fetal abnormalities, but the underlying mechanisms remain poorly understood. Animal models of infection are thus urgently needed. Here we show that rhesus macaques are susceptible to infection by an Asian-lineage ZIKV closely related to strains currently circulating in the Americas. Following subcutaneous inoculation, ZIKV RNA is detected in plasma 1 day post infection (d.p.i.) in all animals ( N =8, including 2 pregnant animals), and is also present in saliva, urine and cerebrospinal fluid. Non-pregnant and pregnant animals remain viremic for 21 days and for up to at least 57 days, respectively. Neutralizing antibodies are detected by 21 d.p.i. Rechallenge 10 weeks after the initial challenge results in no detectable virus replication, indicating protective immunity against homologous strains. Therefore, Asian-lineage ZIKV infection of rhesus macaques provides a relevant animal model for studying pathogenesis and evaluating potential interventions against human infection, including during pregnancy.

Infection with Asian lineage Zika virus has been associated with Guillain-Barré syndrome and fetal abnormalities 1–4 , but the mechanisms and risk factors for these outcomes remain unknown. Here we show that rhesus macaques are susceptible to infection by an Asian-lineage virus closely related to strains currently circulating in the Americas. Following subcutaneous inoculation, Zika virus RNA was detected in plasma one day post-infection (dpi) in all animals (N = 8, including 2 animals infected during the first trimester of pregnancy). Plasma viral loads peaked above 1 × 10 5 viral RNA copies/mL in seven of eight animals. Viral RNA was also present in saliva, urine, and cerebrospinal fluid (CSF), consistent with case reports from infected humans. Viral RNA was cleared from plasma and urine by 21 dpi in non-pregnant animals. In contrast, both pregnant animals remained viremic longer, up to 57 days. In all animals, infection was associated with transient increases in proliferating natural killer cells, CD8+ T cells, CD4+ T cells, and plasmablasts. Neutralizing antibodies were detected in all animals by 21 dpi. Rechallenge of three non-pregnant animals with the Asian-lineage Zika virus 10 weeks after the initial challenge resulted in no detectable virus replication, suggesting that primary Zika virus infection elicits protective immunity against homologous virus strains. These data establish that Asian-lineage Zika virus infection of rhesus macaques provides a relevant animal model for studying pathogenesis in pregnant and non-pregnant individuals and evaluating potential interventions against human infection, including during pregnancy.

Abstract Rationally designed protein subunit vaccines are being developed for a variety of viruses including influenza, RSV, SARS-CoV-2 and HIV. These vaccines are based on stabilized versions of the primary targets of neutralizing antibodies on the viral surface, namely viral fusion glycoproteins. While these immunogens display the epitopes of potent neutralizing antibodies, they also present epitopes recognized by non or weakly neutralizing (“off-target”) antibodies. Using our recently developed electron microscopy epitope mapping approach, we have uncovered a phenomenon wherein off-target antibodies elicited by HIV trimer subunit vaccines cause the otherwise highly stabilized trimeric proteins to degrade into cognate protomers. Further, we show that these protomers expose an expanded suite of off-target epitopes, normally occluded inside the prefusion conformation of trimer, that subsequently elicit further off-target antibody responses. Our study provides critical insights for further improvement of HIV subunit trimer vaccines for future rounds of the iterative vaccine design process.

Infection with Zika virus (ZIKV) is associated with human congenital fetal anomalies. To model fetal outcomes in nonhuman primates, we administered Asian-lineage ZIKV subcutaneously to four pregnant rhesus macaques. While non-pregnant animals in a previous study contemporary with the current report clear viremia within 10-12 days, maternal viremia was prolonged in 3 of 4 pregnancies. Fetal head growth velocity in the last month of gestation determined by ultrasound assessment of head circumference was decreased in comparison with biparietal diameter and femur length within each fetus, both within normal range. ZIKV RNA was detected in tissues from all four fetuses at term cesarean section. In all pregnancies, neutrophilic infiltration was present at the maternal-fetal interface (decidua, placenta, fetal membranes), in various fetal tissues, and in fetal retina, choroid, and optic nerve (first trimester infection only). Consistent vertical transmission in this primate model may provide a platform to assess risk factors and test therapeutic interventions for interruption of fetal infection. The results may also suggest that maternal-fetal ZIKV transmission in human pregnancy may be more frequent than currently appreciated.

Abstract During chronic human immunodeficiency virus (HIV) or simian immunodeficiency virus (SIV) infection prior to AIDS progression, the vast majority of viral replication is concentrated within B cell follicles of secondary lymphoid tissues. We investigated whether infusion of T cells expressing an SIV-specific chimeric antigen receptor (CAR) and the follicular homing receptor, CXCR5, could successfully kill viral-RNA + cells in targeted lymphoid follicles in SIV-infected rhesus macaques. In this study, CD4 and CD8 T cells from rhesus macaques were genetically modified to express antiviral CAR and CXCR5 moieties (generating CAR/CXCR5-T cells) and autologously infused into a chronically infected animal. At 2 days post-treatment, the CAR/CXCR5-T cells were located primarily in spleen and lymph nodes both inside and outside of lymphoid follicles. Few CAR/CXCR5-T cells were detected in the rectum and lung, and no cells were detected in the bone marrow, liver, brain, or ileum. Within follicles, CAR/CXCR5-T cells were found in direct contact with SIV viral RNA+ cells. We next infused CAR/CXCR5-T cells into ART-suppressed SIV-infected rhesus macaques, in which the animals were released from ART at the time of infusion. These CAR/CXCR5-T cells replicated in vivo within both the extrafollicular and follicular regions of lymph nodes and accumulated within lymphoid follicles. CAR/CXR5-T cell concentrations in follicles peaked during the first week post-infusion but declined to undetectable levels after 2 to 4 weeks. Overall, CAR/CXCR5-T cell-treated animals maintained lower viral loads and follicular viral RNA levels than untreated control animals, and no outstanding adverse reactions were noted. These findings indicate that CAR/CXCR5-T cell treatment is safe and holds promise as a future treatment for the durable remission of HIV. Author summary A person infected with human immunodeficiency virus (HIV) has replicating virus concentrated within the follicles of lymphoid tissues. The cells needed to clear the infection, cytotoxic T lymphocytes, have limited access to follicles and, thus, the cytotoxic T lymphocytes are never completely able to clear all of the HIV from the body. In this study, we have produced immunotherapeutic T cells that home to follicles and clear infected cells. These T cells express a viral targeting chimeric antigen receptor (CAR) and a molecule called CXCR5, which leads to homing of the cells to follicles. Upon administration of these CAR T-cells to virus-infected primates, we found that the cells localized to the follicle, replicated, and directly interacted with infected cells. While the cells were not maintained in the animals for more than 4 weeks, most of the treated animals maintained lower levels of virus in the blood and follicles than untreated control animals. This study shows that this immunotherapy has potential as a treatment leading to long-term remission of HIV without the need for antiretroviral drugs.

SUMMARY SIVmac239 infection of macaques is a favored model of human HIV infection. However, the SIVmac239 envelope (Env) trimer structure, glycan occupancy, and the targets and ability of neutralizing antibodies (nAbs) to protect against SIVmac239 remain unknown. Here, we report the isolation of SIVmac239 nAbs that recognize a glycan hole and the V1/V4 loop. A high-resolution structure of a SIVmac239 Env trimer-nAb complex shows many similarities to HIV and SIVcpz Envs, but with distinct V4 features and an extended V1 loop. Moreover, SIVmac239 Env has a higher glycan shield density than HIV Env that may contribute to poor or delayed nAb responses in SIVmac239-infected macaques. Passive transfer of a nAb protects macaques from repeated low dose intraveneous SIVmac239 challenge at serum titers comparable to those described for protection of humans against HIV infection. Our results provide structural insights for vaccine design and shed light on antibody-mediated protection in the SIV model.

Zika virus (ZIKV) isolates are genetically diverse, but belong to two recognized lineages, termed "African" and "Asian." Asian ZIKV infection during pregnancy causes fetal abnormalities including microcephaly. Developing an effective preventative Zika virus vaccine that protects pregnant women is essential for minimizing fetal abnor- malities; at least 18 groups are developing ZIKV vaccines (Hayden, 2016). The genetic and antigenic variability of many RNA viruses limits the effectiveness of vaccines, and the degree to which immunity against one ZIKV strain could provide protection against another is unknown. Here we show that rhesus macaques infected with East African ZIKV strain MR766 are completely protected from subsequent infection with heterologous Asian ZIKV. MR766 is more genetically divergent from all known Asian ZIKV strains than Asian ZIKV strains are from one another. Therefore, ZIKV strain selection is unlikely to compromise vaccine effectiveness.