Designer Vaccine Respiratory syncytial virus (RSV) is one of the last remaining childhood diseases without an approved vaccine. Using a structure-based approach, McLellan et al. (p. 592 ) designed over 150 fusion glycoprotein variants, assessed their antibody reactivity, determined crystal structures of stabilized variants, and measured their ability to elicit protective responses. This approach yielded an immunogen that elicits higher protective responses than the postfusion form of the fusion glycoprotein, which is one of the current leading RSV vaccine candidates entering clinical trials. Importantly, highly protective responses were elicited in both mice and macaques.

Building Better Vaccines Vaccines are one of the most effective tools to protect against infectious diseases. Unfortunately, vaccines for diseases with the highest global health burdens, such as HIV, malaria, and tuberculosis, are not yet available. Koff et al. (p. 1064 ) review the latest advances in vaccine development and why these particular diseases remain such a challenge. Respiratory syncytial virus (RSV) is a serious cause of morbidity and mortality in infants and young children worldwide. Although a prophylactic antibody is available for children at high risk, a vaccine is much needed. As a potential step toward this goal, McLellan et al. (p. 1113 , published online 25 April) solved the cocrystal structure of a neutralizing antibody (D25) bound to the prefusion F protein of RSV. Knowledge of the structure of the prefusion protein should help to guide vaccine design and the development of additional therapeutics.

The coronavirus (CoV) RNA genome is the largest among single-stranded positive sense RNA viruses. CoVs encode a proofreading 3′-to-5′ exoribonuclease within nonstructural protein 14 (nsp14-ExoN) that is responsible for CoV high-fidelity replication. Alanine substitution of ExoN catalytic residues [ExoN(-)] in SARS-CoV and murine hepatitis virus (MHV) disrupts ExoN activity, yielding viable mutant viruses with defective replication, up to 20-fold decreased fidelity, and increased susceptibility to nucleoside analogs. To test the stability of the ExoN(-) genotype and phenotype, we passaged MHV-ExoN(-) 250 times in cultured cells (P250), in parallel with WT-MHV. Compared to MHV-ExoN(-) P3, MHV-ExoN(-) P250 demonstrated enhanced replication, reduced susceptibility to nucleoside analogs, and increased competitive fitness. However, passage did not select for complete or partial reversion at the ExoN-inactivating mutations. We identified novel amino acid changes within the RNA-dependent RNA polymerase (nsp12-RdRp) and nsp14 of MHV-ExoN(-) P250 that partially account for the observed changes in replication, susceptibility to nucleoside analogs, and competitive fitness observed in the passaged virus population, indicating that additional determinants can compensate for the activities of nsp14-ExoN. Our results suggest that while selection favors restoration of replication fidelity in ExoN(-) CoVs, there may be a significant barrier to ExoN(-) reversion. These results also support the hypothesis that high-fidelity replication is linked to CoV fitness and identify additional candidate proteins that may regulate CoV replication fidelity.

The 3'-to-5' exoribonuclease in coronavirus (CoV) nonstructural protein 14 (nsp14-ExoN) mediates RNA proofreading during genome replication. ExoN catalytic residues are arranged in three motifs: I (DE), II (E), III (D). Alanine substitution of the motif I residues (AA-E-D, four nucleotide substitutions) in murine hepatitis virus (MHV) and SARS-CoV yields viable mutants with impaired replication and fitness, increased mutation rates, and attenuated virulence in vivo. Despite these impairments, MHV- and SARS-CoV ExoN motif I AA mutants (ExoN-AA) have not reverted at motif I in diverse in vitro and in vivo environments, suggesting that profound fitness barriers prevent motif I reversion. To test this hypothesis, we engineered MHV-ExoN-AA with 1, 2 or 3 nucleotide mutations along genetic pathways to AA-to-DE reversion. We show that engineered intermediate revertants were viable but had no increased replication or competitive fitness compared to MHV-ExoN-AA. In contrast, a low passage (P10) MHV-ExoN-AA showed increased replication and competitive fitness without reversion of ExoN-AA. Finally, engineered reversion of ExoN-AA to ExoN-DE in the presence of ExoN-AA passage-adaptive mutations resulted in significant fitness loss. These results demonstrate that while reversion is possible, at least one alternative adaptive pathway is more rapidly advantageous than intermediate revertants and may alter the genetic background to render reversion detrimental to fitness. Our results provide an evolutionary rationale for lack of ExoN-AA reversion, illuminate potential multi-protein replicase interactions and coevolution, and support future studies aimed at stabilizing attenuated CoV ExoN-AA mutants.

Coronaviruses (CoV) are positive-sense RNA viruses that infect numerous mammalian and avian species and are capable of causing severe and lethal disease in humans. CoVs encode several innate immune antagonists that interact with the host innate immune response to facilitate efficient viral replication. CoV non-structural protein 14 (nsp14) encodes 3′-to-5′ exoribonuclease activity (ExoN), which performs a proofreading function and is required for high-fidelity replication. Outside of the order Nidovirales, arenaviruses are the only RNA viruses that encode an ExoN, which functions to degrade dsRNA replication intermediates. In this study, we tested the hypothesis that CoV ExoN may also function to antagonize the innate immune response. We demonstrate that viruses lacking ExoN activity [ExoN(-)] are sensitive to cellular pretreatment with interferon beta (IFN-β) in a dose-dependent manner. In addition, ExoN(-) virus replication was attenuated in wild-type bone marrow-derived macrophages (BMMs) and partially restored in interferon alpha/beta receptor deficient (IFNAR-/-) BMMs. ExoN(-) virus replication did not result in IFN-β gene expression, and in the presence of an IFN-β-mediated antiviral state, ExoN(-) viral RNA levels were not substantially reduced relative to untreated. However, ExoN(-) virus generated from IFN-β pretreated cells had reduced specific infectivity and decreased relative fitness, suggesting that ExoN(-) virus generated during an antiviral state is less viable to establish a subsequent infection. Overall, our data suggest MHV ExoN activity is required for resistance to the innate immune response and antiviral mechanisms affecting the viral RNA sequence and/or an RNA modification act on viruses lacking ExoN activity.