Abstract Mycobacterium tuberculosis lung infection results in a complex multicellular structure, the granuloma. In some granulomas, immune activity promotes bacterial clearance; in others, bacteria persist and grow. We identified correlates of bacterial control in cynomolgus macaque lung granulomas by co-registering longitudinal PET-CT imaging, single-cell RNA-sequencing, and measures of bacterial clearance. We find that bacterial persistence occurs in granulomas enriched for mast, endothelial, fibroblast and plasma cells, signaling amongst themselves via Type II immunity and wound healing pathways. In contrast, these interactions are largely absent in granulomas that drive bacterial control, which are often those that form later in the course of infection; these restrictive lesions are characterized by cellular ecosystems enriched for Type1-Type17, stem-like, and cytotoxic T cells engaged in pro-inflammatory signaling networks that involve diverse myeloid and non-immune cell populations. There is also a temporal aspect to bacterial control, in that granulomas that arise later in infection (in the context of an established immune response) share the functional characteristics of restrictive granulomas and are more capable of killing Mtb. Taken together, our results define the complex multicellular ecosystems underlying (lack of) granuloma resolution and highlight host immune targets that can be leveraged to develop new vaccine and therapeutic strategies for TB. One-Sentence Summary Bacterial control in TB lung granulomas correlates with distinct cellular immune microenvironments and time of formation after infection.

Concomitant immunity is generally defined as an ongoing infection providing protection against reinfection

ABSTRACT Immunological priming – either in the context of prior infection or vaccination – elicits protective responses against subsequent Mycobacterium tuberculosis ( Mtb ) infection. However, the changes that occur in the lung cellular milieu post-primary Mtb infection and their contributions to protection upon reinfection remain poorly understood. Here, using clinical and microbiological endpoints in a non-human primate reinfection model, we demonstrate that prior Mtb infection elicits a long-lasting protective response against subsequent Mtb exposure and that the depletion of CD4 + T cells prior to Mtb rechallenge significantly abrogates this protection. Leveraging microbiologic, PET-CT, flow cytometric, and single-cell RNA-seq data from primary infection, reinfection, and reinfection-CD4 + T cell depleted granulomas, we identify differential cellular and microbial features of control. The data collectively demonstrate that the presence of CD4 + T cells in the setting of reinfection results in a reduced inflammatory lung milieu characterized by reprogrammed CD8 + T cell activity, reduced neutrophilia, and blunted type-1 immune signaling among myeloid cells, mitigating Mtb disease severity. These results open avenues for developing vaccines and therapeutics that not only target CD4 + and CD8 + T cells, but also modulate innate immune cells to limit Mtb disease.

Abstract Background Non-human primates (NHP) are desirable as animal models of human disease because they share behavioral, physiological, and genomic traits with people. Hence, NHP recapitulate manifestations of disease not observed in other animal species. The Macaca fascicularis (i.e., Cynomolgus macaque) is an NHP species extensively used for biomedical research, but the TCR repertoire hasn’t been characterized yet. Result We used the genomic sequences to design primers to identify the expressed TCR repertoire by single cell RNAseq. The data analysis from 22 unique samples were used to assign a functional status to each TCR genes. We identified and analyzed the TRA/D, TRB and TRG loci of the Cynomolgus macaque. Conclusion The genomic organization of the Cynomolgus macaque has great similarity with Macaca mulatta (i.e., Rhesus macaque) and they shared >90% sequence similarity with the human TCR repertoire. These data will facilitate the analysis of T cell immunity in Cynomolgus macaques.