CD4 T follicular helper (T

As novel SARS-CoV-2 variants continue to emerge, it is critical that their potential to cause severe disease and evade vaccine-induced immunity is rapidly assessed in humans and studied in animal models. In early January 2021, a novel variant of concern (VOC) designated B.1.429 comprising 2 lineages, B.1.427 and B.1.429, was originally detected in California (CA) and shown to enhance infectivity in vitro and decrease antibody neutralization by plasma from convalescent patients and vaccine recipients. Here we examine the virulence, transmissibility, and susceptibility to pre-existing immunity for B 1.427 and B 1.429 in the Syrian hamster model. We find that both strains exhibit enhanced virulence as measured by increased body weight loss compared to hamsters infected with ancestral B.1 (614G), with B.1.429 causing the most body weight loss among all 3 lineages. Faster dissemination from airways to parenchyma and more severe lung pathology at both early and late stages were also observed with B.1.429 infections relative to B.1. (614G) and B.1.427 infections. In addition, subgenomic viral RNA (sgRNA) levels were highest in oral swabs of hamsters infected with B.1.429, however sgRNA levels in lungs were similar in all three strains. This demonstrates that B.1.429 replicates to higher levels than ancestral B.1 (614G) or B.1.427 in the upper respiratory tract (URT) but not in the lungs. In multi-virus in-vivo competition experiments, we found that epsilon (B.1.427/B.1.429) and gamma (P.1) dramatically outcompete alpha (B.1.1.7), beta (B.1.351) and zeta (P.2) in the lungs. In the URT gamma, and epsilon dominate, but the highly infectious alpha variant also maintains a moderate size niche. We did not observe significant differences in airborne transmission efficiency among the B.1.427, B.1.429 and ancestral B.1 (614G) variants in hamsters. These results demonstrate enhanced virulence and high relative fitness of the epsilon (B.1.427/B.1.429) variant in Syrian hamsters compared to an ancestral B.1 (614G) strain.In the last 12 months new variants of SARS-CoV-2 have arisen in the UK, South Africa, Brazil, India, and California. New SARS-CoV-2 variants will continue to emerge for the foreseeable future in the human population and the potential for these new variants to produce severe disease and evade vaccines needs to be understood. In this study, we used the hamster model to determine the epsilon (B.1.427/429) SARS-CoV-2 strains that emerged in California in late 2020 cause more severe disease and infected hamsters have higher viral loads in the upper respiratory tract compared to the prior B.1 (614G) strain. These findings are consistent with human clinical data and help explain the emergence and rapid spread of this strain in early 2021.

Abstract The utility of COVID-19 convalescent plasma (CCP) for treatment of immunocompromised patients who are not able to mount a protective antibody response against SARS-CoV-2 and who have contraindications or adverse effects from currently available antivirals remains unclear. To better understand the mechanism of protection in CCP, we studied viral replication and disease progression in SARS-CoV-2 infected hamsters treated with CCP plasma obtained from recovered COVID patients that had also been vaccinated with an mRNA vaccine, hereafter referred to as Vaxplas. We found that Vaxplas dramatically reduced virus replication in the lungs and improved infection outcome in SARS-CoV-2 infected hamsters. However, we also found that Vaxplas transiently enhanced disease severity and lung pathology in treated animals likely due to the deposition of immune complexes, activation of complement and recruitment of increased numbers of macrophages with an M1 proinflammatory phenotype into the lung parenchyma.

Abstract Pulmonary immunity against SARS-CoV-2 infection has not been well studied. This study investigated the distribution of immune cells int the lungs of 8 rhesus macaques experimentally infected with SARS-CoV-2, and euthanized 11-14 days later. Using immunohistochemistry, inducible bronchus-associated lymphoid tissue was found in all animals. The inducible bronchus-associated lymphoid tissues were composed of B cells, T cells, and follicular dendritic cells with evidence of lymphocyte priming and differentiation. This suggests local immunity plays an important role in the SARS-CoV-2 infection. Further study of local immunity in the lung would benefit our understanding of SARS-CoV-2 pathogenesis and could lead to new interventions to control the SARS-CoV-2 infection and disease.

Virologic suppression with antiretroviral therapy (ART) has significantly improved health outcomes for people living with HIV, yet challenges related to chronic inflammation in the central nervous system (CNS) - known as Neuro-HIV- persist. As primary targets for HIV-1 with the ability to survey and populate the CNS and interact with myeloid cells to co-ordinate neuroinflammation, CD4 T cells are pivotal in Neuro-HIV. Despite their importance, our understanding of CD4 T cell distribution in virus-targeted CNS tissues, their response to infection, and potential recovery following initiation of ART remain limited. To address these gaps, we studied ten SIVmac251-infected rhesus macaques using an ART regimen simulating suboptimal adherence. We evaluated four macaques during the acute phase pre-ART and six during the chronic phase. Our data revealed that HIV target CCR5+ CD4 T cells inhabit both the brain parenchyma and adjacent CNS tissues, encompassing choroid plexus stroma, dura mater, and the skull bone marrow. Aligning with the known susceptibility of CCR5+ CD4 T cells to viral infection and their presence within the CNS, high levels of viral RNA were detected in the brain parenchyma and its border tissues during acute SIV infection. Single-cell RNA sequencing of CD45+ cells from the brain revealed colocalization of viral transcripts within CD4 clusters and significant activation of antiviral molecules and specific effector programs within T cells, indicating CNS CD4 T cell engagement during infection. Despite viral suppression with ART, acute infection led to significant depletion of CNS CD4 T cells, persisting into the chronic phase. These findings underscore the functional involvement of CD4 T cells within the CNS during SIV infection, enhancing our understanding of their role in establishing CNS viral presence. Our results offer insights for potential T cell-focused interventions while also underscoring the challenges in eradicating HIV from the CNS, even with effective ART.

ABSTRACT CD4 T cells survey and maintain immune homeostasis in the brain, yet their differentiation states and functional capabilities remain unclear. Our approach, combining single-cell transcriptomic analysis, ATAC-seq, spatial transcriptomics, and flow cytometry, revealed a distinct subset of CCR7+ CD4 T cells resembling lymph node central memory (T CM ) cells. We observed chromatin accessibility at the CCR7, CD28, and BCL-6 loci, defining molecular features of T CM . Brain CCR7+ CD4 T cells exhibited recall proliferation and interleukin-2 production ex vivo, showcasing their functional competence. We identified the skull bone marrow as a local niche for these cells alongside other CNS border tissues. Sequestering T CM cells in lymph nodes using FTY720 led to reduced CCR7+ CD4 T cell frequencies in the cerebrospinal fluid, accompanied by increased monocyte levels and soluble markers indicating immune activation. In macaques chronically infected with SIVCL57 and experiencing viral rebound due to cessation of antiretroviral therapy, a decrease in brain CCR7+ CD4 T cells was observed, along with increased microglial activation and initiation of neurodegenerative pathways. Our findings highlight a role for CCR7+ CD4 T cells in CNS immune surveillance and their decline during chronic SIV-induced neuroinflammation highlights their responsiveness to neuroinflammatory processes. GRAPHICAL ABSTRACT In Brief Utilizing single-cell and spatial transcriptomics on adult rhesus brain, we uncover a unique CCR7+ CD4 T cell subset resembling central memory T cells (T CM ) within brain and border tissues, including skull bone marrow. Our findings show decreased frequencies of this subset during SIV- induced chronic neuroinflammation, emphasizing responsiveness of CCR7+ CD4 T cells to CNS disruptions. Highlights CCR7+ CD4 T cells survey border and parenchymal CNS compartments during homeostasis; reduced presence of CCR7+ CD4 T cells in cerebrospinal fluid leads to immune activation, implying a role in neuroimmune homeostasis. CNS CCR7+ CD4 T cells exhibit phenotypic and functional features of central memory T cells (T CM ) including production of interleukin 2 and the capacity for rapid recall proliferation. Furthermore, CCR7+ CD4 T cells reside in the skull bone marrow. CCR7+ CD4 T cells are markedly decreased within the brain parenchyma during chronic viral neuroinflammation.

Abstract To understand susceptibility of wild California sea lions and Northern elephant seals to influenza A virus (IAV), we developed an ex vivo respiratory explant model and used it to compare infection kinetics for multiple IAV subtypes. We first established the approach using explants from colonized rhesus macaques, a model for human IAV. Trachea, bronchi, and lungs from 11 California sea lions, 2 Northern elephant seals and 10 rhesus macaques were inoculated within 24 hours post-mortem with 6 strains representing 4 IAV subtypes. Explants from the 3 species showed similar IAV infection kinetics with peak viral titers 48-72 hours post-inoculation that increased by 2-4 log 10 plaque forming units (PFU)/explant relative to the inoculum. Immunohistochemistry localized IAV infection to apical epithelial cells. These results demonstrate that respiratory tissue explants from wild marine mammals support IAV infection. In the absence of the ability to perform experimental infections of marine mammals, this ex vivo culture of respiratory tissues mirrors the in vivo environment and serves as a tool to study IAV susceptibility, host-range, and tissue tropism. Importance Although influenza A virus can infect marine mammals, a dearth of marine mammal cell lines and ethical and logistical challenges prohibiting experimental infections of living marine mammals means that little is known about IAV infection kinetics in these species. We circumvented these limitations by adapting a respiratory tract explant model first to establish the approach with rhesus macaques and then for use with explants from wild marine mammals euthanized for non-respiratory medical conditions. We observed that multiple strains representing 4 IAV subtypes infected trachea, bronchi, and lungs of macaques and marine mammals with variable peak titers and kinetics. This ex vivo model can define infection dynamics for IAV in marine mammals. Further, use of explants from animals euthanized for other reasons reduces use of animals in research.

Abstract The global spread of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and its associated coronavirus disease (COVID-19) has led to a pandemic of unprecedented scale. An intriguing feature of the infection is the minimal disease in most children, a demographic at higher risk for respiratory viral diseases. To elucidate age-dependent effects of SARS-CoV-2 pathogenesis, we inoculated two rhesus macaque monkey dam-infant pairs with SARS-CoV-2 and conducted virological and transcriptomic analysis of the respiratory tract and evaluated systemic cytokine and antibody responses. Viral RNA levels in all sampled mucosal secretions were comparable across dam-infant pairs in the respiratory tract. Despite comparable viral loads, adult macaques showed higher IL-6 in serum while CXCL10 was induced in all animals. Both groups mounted neutralizing antibody (nAb) responses, with infants showing a more rapid induction at day 7. Transcriptome analysis of tracheal tissue isolated at day 14 post-infection revealed significant upregulation of multiple interferon-stimulated genes in infants compared to adults. In contrast, a profibrotic transcriptomic signature with genes associated with cilia structure and function, extracellular matrix (ECM) composition and metabolism, coagulation, angiogenesis, and hypoxia was induced in adults compared to infants. Our observations suggest age-dependent differential airway responses to SARS-CoV-2 infection that could explain the distinction in pathogenesis between infants and adults.