ABSTRACT Long COVID or post-acute sequelae of SARS-CoV-2 (PASC) is a clinical syndrome featuring diverse symptoms that can persist for months after acute SARS-CoV-2 infection. The etiologies are unknown but may include persistent inflammation, unresolved tissue damage, or delayed clearance of viral protein or RNA. Attempts to classify subsets of PASC by symptoms alone have been unsuccessful. To molecularly define PASC, we evaluated the serum proteome in longitudinal samples from 55 PASC individuals with symptoms lasting ≥60 days after onset of acute infection and compared this to symptomatically recovered SARS-CoV-2 infected and uninfected individuals. We identified subsets of PASC with distinct signatures of persistent inflammation. Type II interferon signaling and canonical NF-κB signaling (particularly associated with TNF), were the most differentially enriched pathways. These findings help to resolve the heterogeneity of PASC, identify patients with molecular evidence of persistent inflammation, and highlight dominant pathways that may have diagnostic or therapeutic relevance. One Sentence Summary Serum proteome profiling identifies subsets of long COVID patients with evidence of persistent inflammation including key immune signaling pathways that may be amenable to therapeutic intervention.

Summary Current therapeutic interventions to eradicate latent HIV (“reservoir”) and restore immune function in ART-treated HIV infection have yet to show efficacy. To explore mechanisms of HIV persistence, we apply an integrated systems biology approach and identify a distinct group of individuals with poor CD4 T-cell reconstitution (Immunologic non-responders, “INRs”) and high frequencies of cells with inducible HIV. Contrary to the prevailing notion that immune activation drives HIV persistence and immune dysfunction, peripheral blood leukocytes from these subjects have enhanced expression of a network of genes regulated by cellular senescence driving transcription factors (TFs) FOXO3, SMAD2 and IRF3. In these subjects, increased frequencies of regulatory T cells and expression of the TGF-β signaling cascade are complimented by the downregulation of cell cycle, metabolic and pro-inflammatory pathways. Lactobacillaceae family and metabolites (members of the butyrate family – i.e. α-ketobutyrate) were correlated with Treg frequencies in “Senescent-INRs” ex vivo, triggered the differentiation of TGF-β producing Tregs and promoted HIV latency establishment in vitro. These cascades, downstream of PD-1/TGF-β, prevent memory T cell differentiation and are associated with an increase in frequencies of cells with inducible HIV ex vivo. Our findings identify cellular senescence responses that can be targeted by PD-1 or TGF-β specific interventions that have shown safety and efficacy in cancer, and may prove to be crucial for HIV eradication.

Respiratory viruses are highly infectious; however, the variation of individuals' physiologic responses to viral exposure is poorly understood. Most studies examining molecular predictors of response focus on late stage predictors, typically near the time of peak symptoms. To determine whether pre- or early post-exposure factors could predict response, we conducted a community-based analysis to identify predictors of resilience or susceptibility to several respiratory viruses (H1N1, H3N2, Rhinovirus, and RSV) using peripheral blood gene expression profiles collected from healthy subjects prior to viral exposure, as well as up to 24 hours following exposure. This analysis revealed that it is possible to construct models predictive of symptoms using profiles even prior to viral exposure. Analysis of predictive gene features revealed little overlap among models; however, in aggregate, these genes were enriched for common pathways. Heme Metabolism, the most significantly enriched pathway, was associated with higher risk of developing symptoms following viral exposure.

Abstract The co-expression of inhibitory receptors (IRs) is a hallmark of CD8+ T-cell exhaustion (Tex) in people living with HIV-1 (PLWH). Understanding alterations of IRs expression in PLWH on long-term antiretroviral treatment (ART) remains elusive but is critical to overcoming CD8+ Tex and designing novel HIV-1 cure immunotherapies. To address this, we combine high-dimensional supervised and unsupervised analysis of IRs concomitant with functional markers across the CD8+ T-cell landscape on 24 PLWH over a decade on ART. We define irreversible alterations of IRs co-expression patterns in CD8+ T cells not mitigated by ART and identify negative associations between the frequency of TIGIT+ and TIGIT+TIM-3+ and CD4+ T-cell levels. Moreover, changes in total, SEB-activated, and HIV-1-specific CD8+ T-cells delineate a complex reshaping of memory and effector-like cellular clusters on ART. Indeed, we identify a selective reduction of HIV-1 specific-CD8+ T-cell memory-like clusters sharing TIGIT expression and low CD107a that can be recovered by mAb TIGIT blockade independently of IFNγ and IL-2. Collectively, these data characterize with unprecedented detail the patterns of IRs expression and functions across the CD8+ T-cell landscape and indicate the potential of TIGIT as a target for Tex precision immunotherapies in PLWH at all ART stages.

Abstract Longitudinal bulk and single-cell omics data is increasingly generated for biological and clinical research but is challenging to analyze due to its many intrinsic types of variations. We present PALMO ( https://github.com/aifimmunology/PALMO ), a platform that contains five analytical modules to examine longitudinal bulk and single-cell multi-omics data from multiple perspectives, including decomposition of sources of variations within the data, collection of stable or variable features across timepoints and participants, identification of up- or down-regulated markers across timepoints of individual participants, and investigation on samples of same participants for possible outlier events. We tested PALMO performance on a complex longitudinal multi-omics dataset of five data modalities on the same samples and six external datasets of diverse background. Both PALMO and our longitudinal multi-omics dataset can be valuable resources to the scientific community.

Abstract Residual systemic inflammation and mucosal immune dysfunction persist in people living with HIV (PLWH) despite treatment with combined anti-retroviral therapy (cART), but the underlying immune mechanisms are poorly understood. Here we report an altered immune landscape involving upregulation of TLR- and inflammasome signaling, localized CD4 + T cell hyperactivation, and counterintuitively, an enrichment of CD4 + CD25 + FOXP3 + regulatory T cells (T regs ) in the oral mucosa of HIV + patients on therapy. Using human oral tonsil cultures, we found that HIV infection causes an increase in a unique population of FOXP3 + cells expressing PD-1, IFN-γ, Amphiregulin (AREG), and IL-10. These cells persisted even in the presence of the anti-retroviral drug and underwent further expansion driven by TLR-2 ligands and IL-1β. IL-1β also promoted PD-1 upregulation in AKT1 dependent manner. PD-1 stabilized FOXP3 and AREG expression in these cells through a mechanism requiring the activation of Asparaginyl Endopeptidase (AEP). Importantly, these FOXP3 + cells were incapable of suppressing CD4 + T cells in vitro . Concurrently, HIV + patients harbored higher levels of PD-1, IFN-γ, Amphiregulin (AREG), and IL-10 expressing FOXP3 + cells, which strongly correlated with CD4 + T cell hyperactivation, suggesting an absence of CD4 + T cell regulation in the oral mucosa. Taken together, this study provides insights into a novel mechanism of FOXP3 + cell dysregulation and reveals a critical link in the positive feedback loop of oral mucosal immune activation events in HIV + patients on therapy. One Sentence Summary HIV-induced immune dysfunction in lymphoid and mucosal tissues

SARS-CoV-2 has infected over 200 million and caused more than 4 million deaths to date. Most individuals (>80%) have mild symptoms and recover in the outpatient setting, but detailed studies of immune responses have focused primarily on moderate to severe COVID-19. We deeply profiled the longitudinal immune response in individuals with mild COVID-19 beginning with early time points post-infection (1-15 days) and proceeding through convalescence to >100 days after symptom onset. We correlated data from single cell analyses of peripheral blood cells, serum proteomics, virus-specific cellular and humoral immune responses, and clinical metadata. Acute infection was characterized by vigorous coordinated innate and adaptive immune activation that differed in character by age (young vs. old). We then characterized signals associated with recovery and convalescence to define and validate a new signature of inflammatory cytokines, gene expression, and chromatin accessibility that persists in individuals with post-acute sequelae of SARS-CoV-2 infection (PASC).