The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) emerged in late 2019 and spread globally, prompting an international effort to accelerate development of a vaccine. The candidate vaccine mRNA-1273 encodes the stabilized prefusion SARS-CoV-2 spike protein.We conducted a phase 1, dose-escalation, open-label trial including 45 healthy adults, 18 to 55 years of age, who received two vaccinations, 28 days apart, with mRNA-1273 in a dose of 25 μg, 100 μg, or 250 μg. There were 15 participants in each dose group.After the first vaccination, antibody responses were higher with higher dose (day 29 enzyme-linked immunosorbent assay anti-S-2P antibody geometric mean titer [GMT], 40,227 in the 25-μg group, 109,209 in the 100-μg group, and 213,526 in the 250-μg group). After the second vaccination, the titers increased (day 57 GMT, 299,751, 782,719, and 1,192,154, respectively). After the second vaccination, serum-neutralizing activity was detected by two methods in all participants evaluated, with values generally similar to those in the upper half of the distribution of a panel of control convalescent serum specimens. Solicited adverse events that occurred in more than half the participants included fatigue, chills, headache, myalgia, and pain at the injection site. Systemic adverse events were more common after the second vaccination, particularly with the highest dose, and three participants (21%) in the 250-μg dose group reported one or more severe adverse events.The mRNA-1273 vaccine induced anti-SARS-CoV-2 immune responses in all participants, and no trial-limiting safety concerns were identified. These findings support further development of this vaccine. (Funded by the National Institute of Allergy and Infectious Diseases and others; mRNA-1273 ClinicalTrials.gov number, NCT04283461).

ABSTRACT V2/V3 conformational epitope antibodies that broadly neutralize HIV-1 (PG9 and PG16) have been recently described. Since an elicitation of previously known broadly neutralizing antibodies has proven elusive, the induction of antibodies with such specificity is an important goal for HIV-1 vaccine development. A critical question is which immunogens and vaccine formulations might be used to trigger and drive the development of memory B cell precursors with V2/V3 conformational epitope specificity. In this paper we identified a clonal lineage of four V2/V3 conformational epitope broadly neutralizing antibodies (CH01 to CH04) from an African HIV-1-infected broad neutralizer and inferred their common reverted unmutated ancestor (RUA) antibodies. While conformational epitope antibodies rarely bind recombinant Env monomers, a screen of 32 recombinant envelopes for binding to the CH01 to CH04 antibodies showed monoclonal antibody (MAb) binding to the E.A244 gp120 Env and to chronic Env AE.CM243; MAbs CH01 and CH02 also bound to transmitted/founder Env B.9021. CH01 to CH04 neutralized 38% to 49% of a panel of 91 HIV-1 tier 2 pseudoviruses, while the RUAs neutralized only 16% of HIV-1 isolates. Although the reverted unmutated ancestors showed restricted neutralizing activity, they retained the ability to bind to the E.A244 gp120 HIV-1 envelope with an affinity predicted to trigger B cell development. Thus, E.A244, B.9021, and AE.CM243 Envs are three potential immunogen candidates for studies aimed at defining strategies to induce V2/V3 conformational epitope-specific antibodies.

Passive immunization with HIV-1-neutralizing monoclonal antibodies (mAbs) is being considered for prevention and treatment of HIV-1 infection. As therapeutic agents, mAbs could be used to suppress active virus replication, maintain suppression induced by antiretroviral therapy (ART), and/or decrease the size of the persistent virus reservoir. We assessed the impact of VRC01, a potent human mAb targeting the HIV-1 CD4 binding site, on ART-treated and untreated HIV-1-infected subjects. Among six ART-treated individuals with undetectable plasma viremia, two infusions of VRC01 did not reduce the peripheral blood cell-associated virus reservoir measured 4 weeks after the second infusion. In contrast, six of eight ART-untreated, viremic subjects infused with a single dose of VRC01 experienced a 1.1 to 1.8 log10 reduction in plasma viremia. The two subjects with minimal responses to VRC01 were found to have predominantly VRC01-resistant virus before treatment. Notably, two subjects with plasma virus load <1000 copies/ml demonstrated virus suppression to undetectable levels for over 20 days until VRC01 levels declined. Among the remaining four subjects with baseline virus loads between 3000 and 30,000 copies, viremia was only partially suppressed by mAb infusion, and we observed strong selection pressure for the outgrowth of less neutralization-sensitive viruses. In summary, a single infusion of mAb VRC01 significantly decreased plasma viremia and preferentially suppressed neutralization-sensitive virus strains. These data demonstrate the virological effect of this neutralizing antibody and highlight the need for combination strategies to maintain virus suppression.

The structure of the ligand-free HIV-1–Env trimer allows conformational fixation of Env and generation of an antigen that binds CD4 with high affinity and is recognized by broadly neutralizing antibodies but not poorly neutralizing ones. As the sole viral antigen on the HIV-1–virion surface, trimeric Env is a focus of vaccine efforts. Here we present the structure of the ligand-free HIV-1–Env trimer, fix its conformation and determine its receptor interactions. Epitope analyses revealed trimeric ligand-free Env to be structurally compatible with broadly neutralizing antibodies but not poorly neutralizing ones. We coupled these compatibility considerations with binding antigenicity to engineer conformationally fixed Envs, including a 201C 433C (DS) variant specifically recognized by broadly neutralizing antibodies. DS-Env retained nanomolar affinity for the CD4 receptor, with which it formed an asymmetric intermediate: a closed trimer bound by a single CD4 without the typical antigenic hallmarks of CD4 induction. Antigenicity-guided structural design can thus be used both to delineate mechanism and to fix conformation, with DS-Env trimers in virus-like-particle and soluble formats providing a new generation of vaccine antigens.

Detailed studies of the broadly neutralizing antibodies (bNAbs) that underlie the best available examples of the humoral immune response to HIV are providing important information for the development of therapies and prophylaxis for HIV-1 infection. Here, we report a CD4-binding site (CD4bs) antibody, named N6, that potently neutralized 98% of HIV-1 isolates, including 16 of 20 that were resistant to other members of its class. N6 evolved a mode of recognition such that its binding was not impacted by the loss of individual contacts across the immunoglobulin heavy chain. In addition, structural analysis revealed that the orientation of N6 permitted it to avoid steric clashes with glycans, which is a common mechanism of resistance. Thus, an HIV-1-specific bNAb can achieve potent, near-pan neutralization of HIV-1, making it an attractive candidate for use in therapy and prophylaxis.

An antibody to block viral fusion A small fraction of HIV-1–infected individuals develop broad and potent antibodies that bind the HIV-1 envelope protein (Env). These antibodies recognize a limited set of conserved epitopes on Env, such as Env's host receptor-binding site. Kong et al. now report a neutralizing antibody isolated from an HIV-1–infected individual that binds to the fusion peptide of Env. This is unexpected because viruses often try to mask such key components of their cell entry machinery from antibody attack. Crystal structures of the antibody bound to the fusion peptide and to Env itself define the epitope, provide insight into the specific mechanism of antibody binding, and may inform HIV-1 vaccine design. Science , this issue p. 828

ABSTRACT Induction of broadly cross-reactive neutralizing antibodies (NAb) is an important goal for a prophylactic human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) vaccine. Some HIV-infected patients make a NAb response that reacts with diverse strains of HIV-1, but most candidate vaccines have induced NAb only against a subset of highly sensitive isolates. To better understand the nature of broad NAb responses that arise during natural infection, we screened patients for sera able to neutralize diverse HIV strains and explored the frequency and phenotype of their peripheral Envelope-specific B cells. We screened 113 HIV-infected patients of various clinical statuses for the prevalence of broad NAb. Sera able to neutralize at least four of five viral isolates were found in over one-third of progressors and slow progressors, but much less frequently in aviremic long-term nonprogressors. Most Env-specific antibody-secreting B cells were CD27 hi CD38 hi plasmablasts, and the total plasmablast frequency was higher in HIV-infected patients than in uninfected donors. We found that 0.0031% of B cells and 0.047% of plasmablasts secreted Env-specific immunoglobulin G (IgG) in an enzyme-linked immunospot (ELISPOT) assay. We developed a novel staining protocol to label HIV-specific B cells with Env gp140 protein. A total of 0.09% of B cells were found to be Env-specific by this method, a frequency far higher than that indicated by ELISPOT assay. gp140-labeled B cells were predominantly CD27 + and surface IgG + . These data describe the breadth and titer of serum NAb and the frequency and phenotype of HIV-specific B cells in a cohort of patients with broad cross-neutralizing antibody responses that are potential goals for vaccines for HIV.

ABSTRACT Induction of antibodies that neutralize a broad range of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) isolates is a major goal of vaccine development. To study natural examples of broad neutralization, we analyzed sera from 103 HIV-1-infected subjects. Among progressor patients, 20% of sera neutralized more than 75% of a panel of 20 diverse viral isolates. Little activity was observed in sera from long-term nonprogressors (elite controllers). Breadth of neutralization was correlated with viral load, but not with CD4 count, history of past antiretroviral use, age, gender, race/ethnicity, or route of exposure. Clustering analysis of sera by a novel method identified a statistically robust subgrouping of sera that demonstrated broad and potent neutralization activity.

The site on HIV-1 gp120 that binds to the CD4 receptor is vulnerable to antibodies. However, most antibodies that interact with this site cannot neutralize HIV-1. To understand the basis of this resistance, we determined co-crystal structures for two poorly neutralizing, CD4-binding site (CD4BS) antibodies, F105 and b13, in complexes with gp120. Both antibodies exhibited approach angles to gp120 similar to those of CD4 and a rare, broadly neutralizing CD4BS antibody, b12. Slight differences in recognition, however, resulted in substantial differences in F105- and b13-bound conformations relative to b12-bound gp120. Modeling and binding experiments revealed these conformations to be poorly compatible with the viral spike. This incompatibility, the consequence of slight differences in CD4BS recognition, renders HIV-1 resistant to all but the most accurately targeted antibodies.