ABSTRACT Following the Zika virus (ZIKV) outbreak in the Americas, ZIKV was causally associated with microcephaly and a range of neurological and developmental symptoms, termed congenital Zika syndrome (CZS). The isolates responsible for this outbreak belonged to the Asian lineage of ZIKV. However, in-vitro and in-vivo studies assessing the pathogenesis of African-lineage ZIKV demonstrated that African-lineage isolates often replicated to high titer and caused more severe pathology than Asian-lineage isolates. To date, the pathogenesis of African-lineage ZIKV in a translational model, particularly during pregnancy, has not been rigorously characterized. Here we infected four pregnant rhesus macaques with a low-passage strain of African-lineage ZIKV and compared its pathogenesis to a cohort of four pregnant rhesus macaques infected with an Asian-lineage isolate and a cohort of mock-infected controls. Viral replication kinetics were not significantly different between the two experimental groups and both groups developed robust neutralizing antibody titers above levels considered to be protective. There was no evidence of significant fetal head growth restriction or gross fetal harm at delivery in either group. However, a significantly higher burden of ZIKV vRNA was found in maternal-fetal interface tissues in the macaques exposed to an African-lineage isolate. Our findings suggest that ZIKV isolates of any genetic lineage pose a threat to women and their infants. IMPORTANCE ZIKV was first identified over 70 years ago in Africa, but most of our knowledge of ZIKV is based on studies of the distinct Asian genetic lineage, which caused the outbreak in the Americas in 2015-16. In its most recent update, the WHO stated that improved understanding of African-lineage pathogenesis during pregnancy must be a priority. Recent detection of African-lineage isolates in Brazil underscores the need to understand the impact of these viruses. Here we provide the first comprehensive assessment of African-lineage ZIKV infection during pregnancy in a translational non-human primate model. We show African-lineage isolates replicate with similar kinetics to Asian-lineage isolates and are capable of infecting the placenta. However, there was no evidence of more severe outcomes with African-lineage isolates. Our results highlight both the threat that African-lineage ZIKV poses to women and their infants and the need for future epidemiological and translational in-vivo studies with African-lineage ZIKV.

Countermeasures against Zika virus (ZIKV), including vaccines, are frequently tested in nonhuman primates (NHP). Macaque models are important for understanding how ZIKV infections impact human pregnancy due to similarities in placental development. The lack of consistent adverse pregnancy outcomes in ZIKV-affected pregnancies poses a challenge in macaque studies where group sizes are often small (4-8 animals). Studies in small animal models suggest that African-lineage Zika viruses can cause more frequent and severe fetal outcomes. No adverse outcomes were observed in macaques inoculated with a low dose of African-lineage ZIKV at gestational day (GD) 45. Here, we inoculate eight pregnant rhesus macaques with a higher dose of African-lineage ZIKV at GD 45 to test the hypothesis that adverse pregnancy outcomes are dose-dependent. Three of eight pregnancies ended prematurely with fetal death. ZIKV was detected in both fetal and placental tissues from all cases of early fetal loss. Further refinements of this challenge system (e.g., varying the dose and timing of infection) could lead to an even more consistent, unambiguous fetal loss phenotype for assessing ZIKV countermeasures in pregnancy. These data demonstrate that high-dose inoculation with African-lineage ZIKV causes pregnancy loss in macaques and also suggest that ZIKV-induced first trimester pregnancy could be strain-specific.

Abstract In the 2016 Zika virus (ZIKV) pandemic, a previously unrecognized risk of birth defects surfaced in babies whose mothers were infected with Asian-lineage ZIKV during pregnancy. Less is known about the impacts of gestational African-lineage ZIKV infections. Given high human immunodeficiency virus (HIV) burdens in regions where African-lineage ZIKV circulates, we evaluated whether pregnant rhesus macaques infected with simian immunodeficiency virus (SIV) have a higher risk of African-lineage ZIKV-associated birth defects. Remarkably, in both SIV+ and SIV-animals, ZIKV infection early in the first trimester caused a high incidence (78%) of spontaneous pregnancy loss within 20 days. These findings suggest a significant risk for early pregnancy loss associated with African-lineage ZIKV infection and provide the first consistent ZIKV-associated phenotype in macaques for testing medical countermeasures.

Abstract Zika virus (ZIKV) and dengue virus (DENV) are genetically and antigenically related flaviviruses that now co-circulate in much of the tropical and subtropical world. The rapid emergence of ZIKV in the Americas in 2015 and 2016, and its recent associations with Guillain-Barré syndrome, birth defects, and fetal loss have led to the hypothesis that DENV infection induces cross-reactive antibodies that influence the severity of secondary ZIKV infections. It has also been proposed that pre-existing ZIKV immunity could affect DENV pathogenesis. We examined outcomes of secondary ZIKV infections in three rhesus and fifteen cynomolgus macaques, as well as secondary DENV-2 infections in three additional rhesus macaques up to a year post-primary ZIKV infection. Although cross-binding antibodies were detected prior to secondary infection for all animals and cross-neutralizing antibodies were detected for some animals, previous DENV or ZIKV infection had no apparent effect on the clinical course of heterotypic secondary infections in these animals. All animals had asymptomatic infections and, when compared to controls, did not have significantly perturbed hematological parameters. Rhesus macaques infected with DENV-2 approximately one year after primary ZIKV infection had higher vRNA loads in plasma when compared with serum vRNA loads from ZIKV-naive animals infected with DENV-2, but a differential effect of sample type could not be ruled out. In cynomolgus macaques, the serotype of primary DENV infection did not affect the outcome of secondary ZIKV infection. Author summary Pre-existing immunity to one of the four DENV serotypes is known to increase the risk of severe disease upon secondary infection with a different serotype. Due to the antigenic similarities between ZIKV and DENV, it has been proposed that these viruses could interact in a similar fashion. Data from in vitro experiments and murine models suggests that pre-existing immunity to one virus could either enhance or protect against infection with the other. These somewhat contradictory findings highlight the need for immune competent animal models for understanding the role of cross-reactive antibodies in flavivirus pathogenesis. We examined secondary ZIKV or DENV infections in rhesus and cynomolgus macaques that had previously been infected with the other virus. We assessed the outcomes of secondary ZIKV or DENV infections by quantifying vRNA loads, clinical and laboratory parameters, body temperature, and weight for each cohort of animals and compared them with control animals. These comparisons demonstrated that within a year of primary infection, secondary infections with either ZIKV or DENV were similar to primary infections and were not associated with enhancement or reduction in severity of disease based on the outcomes that we assessed.

ABSTRACT Concerns have arisen that pre-existing immunity to dengue virus (DENV) could enhance Zika virus (ZIKV) disease, due to the homology between ZIKV and DENV and the observation of antibody-dependent enhancement (ADE) among DENV serotypes. To date, no study has examined the impact of pre-existing DENV immunity on ZIKV pathogenesis during pregnancy in a translational non-human primate model. Here we show that prior DENV-2 exposure enhanced ZIKV infection of maternal-fetal interface tissues in macaques. However, pre-existing DENV immunity had no detectable impact on ZIKV replication kinetics in maternal plasma, and all pregnancies progressed to term without adverse outcomes or gross fetal abnormalities detectable at delivery. Understanding the risks of ADE to pregnant women worldwide is critical as vaccines against DENV and ZIKV are developed and licensed and as DENV and ZIKV continue to circulate.