ABSTRACT The pro- and anti-inflammatory pathways that determine the balance of inflammation and viral control during SARS-CoV-2 infection are not well understood. Here we examine the roles of IFNγ and IL-10 in regulating inflammation, immune cell responses and viral replication during SARS-CoV-2 infection of rhesus macaques. IFNγ blockade tended to decrease lung inflammation based on 18 FDG-PET/CT imaging but had no major impact on innate lymphocytes, neutralizing antibodies, or antigen-specific T cells. In contrast, IL-10 blockade transiently increased lung inflammation and enhanced accumulation of virus-specific T cells in the lower airways. However, IL-10 blockade also inhibited the differentiation of virus-specific T cells into airway CD69 + CD103 + T RM cells. While virus-specific T cells were undetectable in the nasal mucosa of all groups, IL-10 blockade similarly reduced the frequency of total T RM cells in the nasal mucosa. Neither cytokine blockade substantially affected viral load and infection ultimately resolved. Thus, in the macaque model of mild COVID-19, the pro- and anti-inflammatory effects of IFNγ and IL-10 have no major role in control of viral replication. However, IL-10 has a key role in suppressing the accumulation of SARS-CoV-2-specific T cells in the lower airways, while also promoting T RM at respiratory mucosal surfaces.

ABSTRACT Our understanding of the immune response at the site of disease in extra-pulmonary tuberculosis (EPTB) is still limited. In this study, using flow cytometry, we defined the pericardial fluid (PCF) cellular composition and compared the phenotypic and functional profile of Mycobacterium tuberculosis (Mtb)-specific T cells between PCF and whole blood in 16 patients with pericardial TB (PCTB). We found that lymphocytes were the predominant cell type in PCF in PCTB, with a preferential influx of CD4 T cells. The frequencies of TNF-α producing myeloid cells and Mtb-specific T cells were significantly higher in PCF compared to blood. Mtb-specific CD4 T cells in PCF exhibited a distinct phenotype compared to those in blood, with greater GrB expression and lower CD27 and KLRG1 expression. We observed no difference in the production IFNγ, TNF or IL-2 by Mtb-specific CD4 T cells between the two compartments, but MIP-1β production was lower in the PCF T cells. Bacterial loads in the PCF did not relate to the phenotype or function of Mtb-specific CD4 T cells. Upon anti-tubercular treatment completion, HLA-DR, Ki-67 and GrB expression was significantly decreased, and relative IL-2 production was increased in peripheral Mtb-specific CD4 T cells. Overall, using a novel and rapid experimental approach to measure T cell response ex vivo at site of disease, these results provide novel insight into molecular mechanisms and immunopathology at site of TB infection of the pericardium.

ABSTRACT Tuberculosis (TB) remains a global health crisis. Following encouraging clinical results of subunit vaccination and revaccination with Bacillus Calmette-Guérin (BCG), it has been suggested to combine BCG and subunit vaccines for increased efficacy. Current subunit vaccines are almost exclusively designed as BCG boosters. The goal of this study was to design a subunit vaccine that does not share antigens with BCG and explore the advantages of a BCG+subunit vaccine co-administration strategy, where the two vaccines do not cross-react. Eight protective antigens were selected to create a Mycobacterium tuberculosis (Mtb)-specific subunit vaccine, named H107. Whereas subunit vaccines with BCG-shared antigens displayed cross-reactivity to BCG in vivo in both mice and humans, H107 showed no cross-reactivity and did not inhibit BCG colonization in mice. Encouragingly, co-administering H107 with BCG (BCG+H107) led to increased adaptive immune responses against both H107 and BCG leading to improved BCG-mediated immunity. In contrast to subunit vaccines with BCG-shared antigens, ‘boosting’ BCG with H107 led to substantial expansion of clonal diversity in the T cell repertoire, and BCG+H107 co-administration conferred significantly increased Th17 responses and less differentiated CD4 T cells. CD4 T cells induced by BCG+H107 maintained functional superiority after Mtb infection, and BCG+H107 provided significantly increased long-term protection compared to both BCG and H107 alone, as well as, BCG co-administered with a subunit vaccine composed of antigens shared with BCG. Overall, we identify several advantages of combining an Mtb-specific subunit vaccine with BCG and introduce H107 as a BCG-complementing vaccine with distinctive value for co-administration with BCG.

Summary The heterogeneity of immune responses observed in humans is difficult to model in standard inbred laboratory mice. To capture the diversity inherent in mice and better understand how host variation affects BCG-induced immunity against Mycobacterium tuberculosis , 24 unique Collaborative Cross (CC) recombinant inbred mouse strains and the C57BL/6 reference strain were vaccinated with or without BCG, and then challenged with low-dose aerosolized virulent M. tuberculosis . In contrast to standard lab strains, BCG protected only half of the CC strains tested. Furthermore, BCG efficacy is dissociable from inherent susceptibility to TB. As these strains differed primarily in the genes and alleles they inherited from the CC founder strains, we conclude that the host genetic background has a major influence on whether BCG confers protection against M. tuberculosis infection and indicates that host genetics should be considered as an important barrier to vaccine-mediated protection. Importantly, we wished to identify the components of the immune response stimulated by BCG, which were subsequently recalled after Mtb infection and associated with protection. The T cell immune response following BCG vaccination and Mtb challenge was extensively characterized. Although considerable diversity was observed, BCG vaccination had little impact on the composition of T cells recruited and maintained in the lung after infection. Instead, the variability was largely shaped by the genetic background. We developed models to detect vaccine-induced differences, which identified immune signatures associated with BCG-elicited protection against TB. Importantly, even when categorized as susceptible vs. resistant, and protected vs. unprotected, many of the protected CC strains had unique flavors of immunity, indicating multiple paths to protection. Thus, CC mice can be used to define correlates of protection and to identify vaccine strategies that protect a larger fraction of genetically diverse individuals instead of optimizing protection for a single genotype.

Summary Parkinson’s disease (PD) is a multi-stage neurodegenerative disorder with largely unknown etiology. Recent findings have identified PD-associated autoimmune features including roles for T cells. To further characterize the role of T cells in PD, we performed RNA sequencing on PBMC and peripheral CD4 and CD8 memory T cell subsets derived from PD patients and age-matched healthy controls. When the groups were stratified by their T cell responsiveness to alpha-synuclein (α-syn) as a proxy for ongoing inflammatory autoimmune response, the study revealed a broad differential gene expression profile in memory T cell subsets and a specific PD associated gene signature. We identified a significant enrichment of transcriptomic signatures previously associated with PD, including for oxidative stress, phosphorylation, autophagy of mitochondria, cholesterol metabolism and inflammation, and the chemokine signaling proteins CX3CR1, CCR5 and CCR1. In addition, we identified genes in these peripheral cells that have previously been shown to be involved in PD pathogenesis and expressed in neurons, such as LRRK2, LAMP3, and aquaporin. Together, these findings suggest that features of circulating T cells with α-syn-specific responses in PD patients provide insights into the interactive processes that occur during PD pathogenesis and suggest potential intervention targets.

Tuberculosis caused by Mycobacterium tuberculosis is one of the leading causes of death from a single infectious agent. Identifying dominant epitopes and comparing their reactivity in different tuberculosis (TB) infection states can help design diagnostics and vaccines. We performed a proteome-wide screen of 20,610 Mtb derived peptides in 21 Active TB (ATB) patients 3-4 months post-diagnosis of pulmonary TB (mid-treatment) using an IFNγ and IL-17 Fluorospot assay. Responses were mediated exclusively by IFNγ and identified a total of 137 unique epitopes, with each patient recognizing, on average, 8 individual epitopes and 22 epitopes (16%) recognized by 2 or more participants. Responses were predominantly directed against antigens part of the cell wall and cell processes category. Testing 517 peptides spanning TB vaccine candidates and ESAT-6 and CFP10 antigens also revealed differential recognition between ATB participants mid-treatment and healthy IGRA+ participants of several vaccine antigens. An ATB-specific peptide pool consisting of epitopes exclusively recognized by participants mid-treatment, allowed distinguishing participants with active pulmonary TB from healthy interferon-gamma release assay (IGRA)+/- participants from diverse geographical locations. Analysis of longitudinal samples indicated decreased reactivity during treatment for pulmonary TB. Together, these results show that a proteome-wide screen of T cell reactivity identifies epitopes and antigens that are differentially recognized depending on the Mtb infection stage. These have potential use in developing diagnostics and vaccine candidates and measuring correlates of protection.

Abstract Background and Objectives Parkinson’s disease (PD) is associated with a heightened inflammatory state, including activated T cells. However, it is unclear whether these PD T cell responses are antigen specific or more indicative of generalized hyperresponsiveness. Our objective was to measure and compare antigen-specific T cell responses directed towards antigens derived from commonly encountered human pathogens/vaccines in patients with PD and age-matched healthy controls (HC). Methods Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from 20 PD patients and 19 age-matched HCs were screened. Antigen specific T cell responses were measured by flow cytometry using a combination of the activation induced marker (AIM) assay and intracellular cytokine staining. Results Here we show that both PD patients and HCs show similar T cell activation levels to several antigens derived from commonly encountered human pathogens/vaccines in the general population. Similarly, we also observed no difference between HC and PD in the levels of CD4 and CD8 T cell derived cytokines produced in response to any of the common antigens tested. These antigens encompassed both viral (coronavirus, rhinovirus, respiratory syncytial virus, influenza, cytomegalovirus) and bacterial (pertussis, tetanus) targets. Conclusions These results suggest the T cell dysfunction observed in PD may not extend itself to abnormal responses to commonly encountered or vaccine-target antigens. Our study supports the notion that the targets of inflammatory T cell responses in PD may be more directed towards autoantigens like α-synuclein (α-syn) rather than common foreign antigens.

We discovered by flow cytometry a cell population expressing both T cell (CD3) and monocyte (CD14) surface markers in the live singlet cell population of PBMC from human subjects. Imaging experiments revealed that CD3+CD14+ cells are T cell:monocyte complexes in such strong interaction that flow cytometry acquisition did not break them apart. The T cell:monocyte complexes can be detected in frozen and fresh PBMC samples at similar frequencies. High resolution microscopy shows polarized distribution of LFA1/ICAM1 in many doublets, suggesting they form in vivo and represent true biological interactions between immune cells. Moreover, T cell:monocyte complex frequencies were increased after immune perturbations. They were found at high levels at diagnosis in subjects with active tuberculosis and decreased upon treatment, varied as a function of disease severity in acute dengue infection, and increased in a time dependent fashion post tetanus, diphtheria and pertussis (Tdap) vaccination. Intriguingly, the CD4 vs CD8 phenotype of T cells that paired with the monocyte within the complexes varied with the nature of the immune perturbation, and CD4-CD8- T cells showed consistently the highest constant of association with monocytes. Overall these data suggest that cell doublets reflecting T cell-monocyte in vivo immune interactions can be detected in human blood and that the common approach in flow cytometry to avoid studying cell:cell complexes should be re-visited.

Recurrent Group A Streptococcus (GAS) tonsillitis (RT) is a common indication for pediatric tonsillectomy. Strep throat is highly prevalent among children; yet, it is unknown why some children develop RT. To gain insights into this classic childhood disease, we performed phenotypic, genotypic, and functional studies on pediatric GAS RT and non-RT tonsils. We observed significantly smaller germinal centers in GAS RT tonsils, and underrepresentation of GAS-specific germinal center follicular helper (GC Tfh) CD4+ T cells. RT children exhibited reduced antibody responses to GAS virulence factor SpeA. Risk and protective HLA Class II alleles for RT were identified. Finally, SpeA induced granzyme B+ GC Tfh cells in RT tonsils that had capacity to kill B cells. Together, these observations suggest that RT susceptibility can occur due to genetic differences that can result in aberrant GC Tfh cells and poor antibody responses to GAS SpeA.

Abstract Rationale Although nontuberculous mycobacterial (NTM) disease is a growing problem, available treatments are suboptimal and diagnostic tools are inadequate. Immunological mechanisms of susceptibility to NTM disease are poorly understood. Objective To understand NTM pathogenesis, we evaluated innate and antigen-specific adaptive immune responses to Mycobacterium avium complex (MAC) in individuals with MAC lung disease (MACDZ). Methods We synthesized 15mer MAC-, NTM-, or MAC/Mtb-specific peptides and stimulated peripheral blood mononuclear cells (PBMC) with pools of these peptides. We measured T-cell responses by cytokine production, expression of surface markers, and analysis of global gene expression in 27 MACDZ individuals and 32 healthy controls. We also analyzed global gene expression in Mav-infected and uninfected peripheral blood monocytes from 17 MACDZ and 17 healthy controls. Measurements and Main Results We were unable to detect T-cell responses against the peptide libraries or Mav lysate that has increased reactivity in MACDZ subjects compared to controls. T-cell responses to non-mycobacteria derived antigens were preserved. MACDZ individuals had a lower frequency of Th1 and Th1* T-cell populations. By contrast, global gene expression analysis demonstrated upregulation of proinflammatory pathways in uninfected and Mav-infected monocytes derived from MACDZ subjects compared to controls. Conclusions Peripheral blood T-cell responses to Mycobacterial antigens and the frequency of Th1 and Th1* cell populations are diminished in individuals with MAC disease. In contrast, MACDZ subjects had hyperinflammatory monocyte responses. Together, these data suggest a novel immunologic defect which underlies MAC pathogenesis and includes concurrent innate and adaptive dysregulation.