Influenza Antibodies, Part B With its ability to reassort in animal hosts like pigs and birds, and to cause pandemics, influenza A viruses are often in the spotlight. However, a substantial portion of the annual flu burden is also the result of influenza B virus, which is a single influenza type that is characterized by two antigenically and genetically distinct lineages. Dreyfus et al. (p. 1343 , published online 9 August) identify three monoclonal human antibodies that are able to protect against lethal infection with both lineages of influenza B virus in mice. Two antibodies, which bind to distinct regions of the viral hemagluttinin (HA) molecule, neutralize multiple strains from both lineages of influenza B virus, whereas the third antibody binds to the stem region of HA and is able to neutralize both influenza A and B strains. The structural data from these antibodies bound to HA, together with already known antibodies targeting influenza A, may provide clues for designing a universal vaccine to protect against both influenza virus types.

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

Immune recognition of protein antigens relies on the combined interaction of multiple antibody loops, which provide a fairly large footprint and constrain the size and shape of protein surfaces that can be targeted. Single protein loops can mediate extremely high-affinity binding, but it is unclear whether such a mechanism is available to antibodies. Here we report the isolation and characterization of an antibody called C05, which neutralizes strains from multiple subtypes of influenza A virus, including H1, H2 and H3. X-ray and electron microscopy structures show that C05 recognizes conserved elements of the receptor-binding site on the haemagglutinin surface glycoprotein. Recognition of the haemagglutinin receptor-binding site is dominated by a single heavy-chain complementarity-determining region 3 loop, with minor contacts from heavy-chain complementarity-determining region 1, and is sufficient to achieve nanomolar binding with a minimal footprint. Thus, binding predominantly with a single loop can allow antibodies to target small, conserved functional sites on otherwise hypervariable antigens. The crystal structure of an influenza antibody that recognizes a small, conserved site in the variable receptor-binding domain of HA is described; this antibody shows broad neutralization across multiple subtypes of influenza A virus through an antibody–antigen interaction dominated by a single heavy-chain complementarity-determining region 3 loop. This manuscript reports the identification and structural characterization of a novel anti-influenza antibody, C05, that recognizes a small conserved site in the variable receptor-binding domain of haemagglutinin. The antibody achieves broad neutralization by the insertion of a single loop of the heavy-chain complementarity-determining region 3 into the small conserved site amplified by the avidity of additional binding interactions. This finding highlights loop insertion into the receptor-binding pocket of haemagglutinin as a possible strategy to achieve broad neutralization of influenza by vaccines and therapeutic antibodies.

Molecular and structural characterization is reported for a new broad and potent monoclonal antibody against HIV that binds to an epitope bridging the gp41 and gp120 subunits — the antibody affects a step in virus entry after binding to CD4 and before engagement of CCR5. This paper describes a broadly neutralizing HIV-specific monoclonal antibody that binds with high potency to a novel HIV-1 envelope glycoprotein epitope. Molecular and structural characterization of the new antibody, named 35O22, show that it is specific for a new site of vulnerability made up of amino acids and glycans bridging the gp41 and gp120 subunits. The antibody affects a step in virus entry after binding to CD4 and before engagement of CCR5. Serologic analysis indicates that antibodies to this newly recognized site of vulnerability are commonly elicited by natural infection, raising the prospect that in may be a promising potential vaccine target. The isolation of human monoclonal antibodies is providing important insights into the specificities that underlie broad neutralization of HIV-1 (reviewed in ref. 1). Here we report a broad and extremely potent HIV-specific monoclonal antibody, termed 35O22, which binds a novel HIV-1 envelope glycoprotein (Env) epitope. 35O22 neutralized 62% of 181 pseudoviruses with a half-maximum inhibitory concentration (IC50) <50 μg ml−1. The median IC50 of neutralized viruses was 0.033 μg ml−1, among the most potent thus far described. 35O22 did not bind monomeric forms of Env tested, but did bind the trimeric BG505 SOSIP.664. Mutagenesis and a reconstruction by negative-stain electron microscopy of the Fab in complex with trimer revealed that it bound to a conserved epitope, which stretched across gp120 and gp41. The specificity of 35O22 represents a novel site of vulnerability on HIV Env, which serum analysis indicates to be commonly elicited by natural infection. Binding to this new site of vulnerability may thus be an important complement to current monoclonal-antibody-based approaches to immunotherapies, prophylaxis and vaccine design.

A more complete look at the HIV-1 envelope HIV-1 uses its envelope protein (Env), a large glycoprotein present on the viral surface, to enter target cells. Env forms trimers on the viral surface. Structural studies of solubilized Env trimers have provided important insights into viral entry and antibody binding, but soluble trimers lack several important insoluble regions of the native protein. Lee et al. used cryo–electron microscopy to solve the structure of a trimeric Env protein of HIV-1, missing only its cytoplasmic tail, in complex with broadly neutralizing antibodies. A more complete understanding of Env's structure may aid in vaccine design ef orts. Science , this issue p. 1043

Broadly neutralizing HIV antibodies are much sought after (a) to guide vaccine design, both as templates and as indicators of the authenticity of vaccine candidates, (b) to assist in structural studies, and (c) to serve as potential therapeutics. However, the number of targets on the viral envelope spike for such antibodies has been limited. Here, we describe a set of human monoclonal antibodies that define what is, to the best of our knowledge, a previously undefined target on HIV Env. The antibodies recognize a glycan-dependent epitope on the prefusion conformation of gp41 and unambiguously distinguish cleaved from uncleaved Env trimers, an important property given increasing evidence that cleavage is required for vaccine candidates that seek to mimic the functional HIV envelope spike. The availability of this set of antibodies expands the number of vaccine targets on HIV and provides reagents to characterize the native envelope spike.

Significance Despite the high antigenic diversity of the HIV envelope trimer (Env), broadly neutralizing antibodies (bnAbs) have identified conserved regions that serve as targets for vaccine design. One of these regions is located at the apex of Env and is expressed fully only in the context of the correctly folded trimer. This work describes the isolation of bnAbs that target this region using a recombinant native-like Env trimer as an affinity reagent to sort specific antibody-producing cells. Characterization of these antibodies reveals a highly diverse antibody response against the trimer apex and provides molecular information that will be useful in the design of immunogens to elicit bnAbs to this region of Env.

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.

Some broadly neutralizing antibodies to HIV-1 recognize glycan-dependent epitopes on gp120. Now X-ray crystallography and EM approaches, along with functional analyses, reveal how one particular antibody (PGT135) recognizes three glycan groups and can accommodate their conformational and chemical diversity. A substantial proportion of the broadly neutralizing antibodies (bnAbs) identified in certain HIV-infected donors recognize glycan-dependent epitopes on HIV-1 gp120. Here we elucidate how the bnAb PGT 135 binds its Asn332 glycan–dependent epitope from its 3.1-Å crystal structure with gp120, CD4 and Fab 17b. PGT 135 interacts with glycans at Asn332, Asn392 and Asn386, using long CDR loops H1 and H3 to penetrate the glycan shield and access the gp120 protein surface. EM reveals that PGT 135 can accommodate the conformational and chemical diversity of gp120 glycans by altering its angle of engagement. Combined structural studies of PGT 135, PGT 128 and 2G12 show that this Asn332-dependent antigenic region is highly accessible and much more extensive than initially appreciated, which allows for multiple binding modes and varied angles of approach; thereby it represents a supersite of vulnerability for antibody neutralization.