Chikungunya virus (CHIKV) is an emerging infectious agent that can cause severe disease in humans and against which there is presently no vaccine. Akahata et al. now describe their development of a virus-like particle (VLP) vaccine that elicits neutralizing antibodies against CHIKV and can protect nonhuman primates from infection. Their VLP-based approach may facilitate development of a CHIKV vaccine for human use. Chikungunya virus (CHIKV) has infected millions of people in Africa, Europe and Asia1,2 since this alphavirus reemerged from Kenya in 2004. The severity of the disease and the spread of this epidemic virus present a serious public health threat in the absence of vaccines or antiviral therapies. Here, we describe a new vaccine that protects against CHIKV infection of nonhuman primates. We show that selective expression of viral structural proteins gives rise to virus-like particles (VLPs) in vitro that resemble replication-competent alphaviruses. Immunization with these VLPs elicited neutralizing antibodies against envelope proteins from alternative CHIKV strains. Monkeys immunized with VLPs produced high-titer neutralizing antibodies that protected against viremia after high-dose challenge. We transferred these antibodies into immunodeficient mice, where they protected against subsequent lethal CHIKV challenge, indicating a humoral mechanism of protection. Immunization with alphavirus VLP vaccines represents a strategy to contain the spread of CHIKV and related pathogenic viruses in humans.

Vaccine-induced cellular immunity controls virus replication in simian immunodeficiency virus (SIV)–infected monkeys only transiently, leading to the question of whether such vaccines for AIDS will be effective. We immunized monkeys with plasmid DNA and replication-defective adenoviral vectors encoding SIV proteins and then challenged them with pathogenic SIV. Although these monkeys demonstrated a reduction in viremia restricted to the early phase of SIV infection, they showed a prolonged survival. This survival was associated with preserved central memory CD4 + T lymphocytes and could be predicted by the magnitude of the vaccine-induced cellular immune response. These immune correlates of vaccine efficacy should guide the evaluation of AIDS vaccines in humans.

Toward a General Flu Vaccination Current seasonal influenza virus vaccines are targeted against specific viral strains and do not provide broad, durable protection. Seasonal influenza vaccines induce protective antibody responses against regions of viral hemagglutinin (HA) that rapidly mutate so that very soon, the virus becomes resistant to vaccination. Conserved regions of HA also exist, and a major goal of influenza vaccine development is to design a vaccine that elicits antibodies against the conserved regions so that protection against a wide range of viral strains is achieved. Wei et al. (p. 1060 , published online 15 July; see the Perspective by Doms ) show that a combined HA DNA prime, followed by boosting with a seasonal vaccine, elicits broadly cross-reactive neutralizing antibody responses in mice, ferrets, and nonhuman primates, which were protective in mice and ferrets against heterologous influenza challenge. The neutralizing antibodies were directed against the conserved HA stem region, which indicates the possibility that a more broadly protective vaccine against influenza could be developed.

A mutation in VRC01, a broadly neutralizing, HIV-1-specific antibody, confers enhanced binding to the neonatal Fc receptor, increasing the antibody half-life in the serum and localization in mucosal tissues, where it provides superior protection against rectal simian HIV-1 infection in macaques. The recent discovery of broad and potent anti-HIV-1 antibodies has renewed interest in their use for passive protection against human immunodeficiency virus-1 in humans. This paper describes a mutation in the HIV-specific broadly neutralizing antibody VRC01 that confers enhanced binding to the neonatal Fc receptor and increases the antibody half-life in serum and mucosal tissues. It conferred superior protection in a rectal simian-HIV challenge model in macaques when compared to wild-type VRC01. To protect against human immunodeficiency virus (HIV-1) infection, broadly neutralizing antibodies (bnAbs) must be active at the portals of viral entry in the gastrointestinal or cervicovaginal tracts. The localization and persistence of antibodies at these sites is influenced by the neonatal Fc receptor (FcRn)1,2, whose role in protecting against infection in vivo has not been defined. Here, we show that a bnAb with enhanced FcRn binding has increased gut mucosal tissue localization, which improves protection against lentiviral infection in non-human primates. A bnAb directed to the CD4-binding site of the HIV-1 envelope (Env) protein (denoted VRC01)3 was modified by site-directed mutagenesis to increase its binding affinity for FcRn. This enhanced FcRn-binding mutant bnAb, denoted VRC01-LS, displayed increased transcytosis across human FcRn-expressing cellular monolayers in vitro while retaining FcγRIIIa binding and function, including antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC) activity, at levels similar to VRC01 (the wild type). VRC01-LS had a threefold longer serum half-life than VRC01 in non-human primates and persisted in the rectal mucosa even when it was no longer detectable in the serum. Notably, VRC01-LS mediated protection superior to that afforded by VRC01 against intrarectal infection with simian–human immunodeficiency virus (SHIV). These findings suggest that modification of FcRn binding provides a mechanism not only to increase serum half-life but also to enhance mucosal localization that confers immune protection. Mutations that enhance FcRn function could therefore increase the potency and durability of passive immunization strategies to prevent HIV-1 infection.

An attenuated Plasmodium falciparum (Pf) sporozoite (SPZ) vaccine, PfSPZ Vaccine, is highly protective against controlled human malaria infection (CHMI) 3 weeks after immunization, but the durability of protection is unknown. We assessed how vaccine dosage, regimen, and route of administration affected durable protection in malaria-naive adults. After four intravenous immunizations with 2.7 × 10(5) PfSPZ, 6/11 (55%) vaccinated subjects remained without parasitemia following CHMI 21 weeks after immunization. Five non-parasitemic subjects from this dosage group underwent repeat CHMI at 59 weeks, and none developed parasitemia. Although Pf-specific serum antibody levels correlated with protection up to 21-25 weeks after immunization, antibody levels waned substantially by 59 weeks. Pf-specific T cell responses also declined in blood by 59 weeks. To determine whether T cell responses in blood reflected responses in liver, we vaccinated nonhuman primates with PfSPZ Vaccine. Pf-specific interferon-γ-producing CD8 T cells were present at ∼100-fold higher frequencies in liver than in blood. Our findings suggest that PfSPZ Vaccine conferred durable protection to malaria through long-lived tissue-resident T cells and that administration of higher doses may further enhance protection.

Epstein-Barr virus (EBV) represents a major global health problem. Though it is associated with infectious mononucleosis and ∼200,000 cancers annually worldwide, a vaccine is not available. The major target of immunity is EBV glycoprotein 350/220 (gp350) that mediates attachment to B cells through complement receptor 2 (CR2/CD21). Here, we created self-assembling nanoparticles that displayed different domains of gp350 in a symmetric array. By focusing presentation of the CR2-binding domain on nanoparticles, potent neutralizing antibodies were elicited in mice and non-human primates. The structurally designed nanoparticle vaccine increased neutralization 10- to 100-fold compared to soluble gp350 by targeting a functionally conserved site of vulnerability, improving vaccine-induced protection in a mouse model. This rational approach to EBV vaccine design elicited potent neutralizing antibody responses by arrayed presentation of a conserved viral entry domain, a strategy that can be applied to other viruses.PaperClip/cms/asset/bea3ad0e-ab73-450a-a517-3b2209e3b343/mmc3.mp3Loading ...(mp3, 3.68 MB) Download audio

CD4 T follicular helper (TFH) cells interact with and stimulate the generation of antigen-specific B cells. TFH cell interaction with B cells correlates with production of SIV-specific immunoglobulins. However, the fate of TFH cells and their participation in SIV-induced antibody production is not well understood. We investigated the phenotype, function, location, and molecular signature of TFH cells in rhesus macaques. Similar to their human counterparts, TFH cells in rhesus macaques represented a heterogeneous population with respect to cytokine function. In a highly differentiated subpopulation of TFH cells, characterized by CD150lo expression, production of Th1 cytokines was compromised while IL-4 production was augmented, and cells exhibited decreased survival, cycling, and trafficking capacity. TFH cells exhibited a distinct gene profile that was markedly altered by SIV infection. TFH cells were infected by SIV; yet, in some animals, these cells actually accumulated during chronic SIV infection. Generalized immune activation and increased IL-6 production helped drive TFH differentiation during SIV infection. Accumulation of TFH cells was associated with increased frequency of activated germinal center B cells and SIV-specific antibodies. Therefore, chronic SIV does not disturb the ability of TFH cells to help B cell maturation and production of SIV-specific immunoglobulins.

Abstract The emergence of Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) as a cause of severe respiratory disease highlights the need for effective approaches to CoV vaccine development. Efforts focused solely on the receptor-binding domain (RBD) of the viral Spike (S) glycoprotein may not optimize neutralizing antibody (NAb) responses. Here we show that immunogens based on full-length S DNA and S1 subunit protein elicit robust serum-neutralizing activity against several MERS-CoV strains in mice and non-human primates. Serological analysis and isolation of murine monoclonal antibodies revealed that immunization elicits NAbs to RBD and, non-RBD portions of S1 and S2 subunit. Multiple neutralization mechanisms were demonstrated by solving the atomic structure of a NAb-RBD complex, through sequencing of neutralization escape viruses and by constructing MERS-CoV S variants for serological assays. Immunization of rhesus macaques confers protection against MERS-CoV-induced radiographic pneumonia, as assessed using computerized tomography, supporting this strategy as a promising approach for MERS-CoV vaccine development.

Over the past 5 years, a new generation of highly potent and broadly neutralizing HIV-1 antibodies has been identified. These antibodies can protect against lentiviral infection in nonhuman primates (NHPs), suggesting that passive antibody transfer would prevent HIV-1 transmission in humans. To increase the protective efficacy of such monoclonal antibodies, we employed next-generation sequencing, computational bioinformatics, and structure-guided design to enhance the neutralization potency and breadth of VRC01, an antibody that targets the CD4 binding site of the HIV-1 envelope. One variant, VRC07-523, was 5- to 8-fold more potent than VRC01, neutralized 96% of viruses tested, and displayed minimal autoreactivity. To compare its protective efficacy to that of VRC01 in vivo, we performed a series of simian-human immunodeficiency virus (SHIV) challenge experiments in nonhuman primates and calculated the doses of VRC07-523 and VRC01 that provide 50% protection (EC50). VRC07-523 prevented infection in NHPs at a 5-fold lower concentration than VRC01. These results suggest that increased neutralization potency in vitro correlates with improved protection against infection in vivo, documenting the improved functional efficacy of VRC07-523 and its potential clinical relevance for protecting against HIV-1 infection in humans.In the absence of an effective HIV-1 vaccine, alternative strategies are needed to block HIV-1 transmission. Direct administration of HIV-1-neutralizing antibodies may be able to prevent HIV-1 infections in humans. This approach could be especially useful in individuals at high risk for contracting HIV-1 and could be used together with antiretroviral drugs to prevent infection. To optimize the chance of success, such antibodies can be modified to improve their potency, breadth, and in vivo half-life. Here, knowledge of the structure of a potent neutralizing antibody, VRC01, that targets the CD4-binding site of the HIV-1 envelope protein was used to engineer a next-generation antibody with 5- to 8-fold increased potency in vitro. When administered to nonhuman primates, this antibody conferred protection at a 5-fold lower concentration than the original antibody. Our studies demonstrate an important correlation between in vitro assays used to evaluate the therapeutic potential of antibodies and their in vivo effectiveness.