During human CMV infection, there is a preferential expansion of natural killer (NK) cells expressing the activating CD94–NKG2C receptor complex, implicating this receptor in the recognition of CMV-infected cells. We hypothesized that NK cells expanded in response to pathogens will be marked by expression of CD57, a carbohydrate antigen expressed on highly mature cells within the CD56 dim CD16 + NK cell compartment. Here we demonstrate the preferential expansion of a unique subset of NK cells coexpressing the activating CD94–NKG2C receptor and CD57 in CMV + donors. These CD57 + NKG2C hi NK cells degranulated in response to stimulation through their NKG2C receptor. Furthermore, CD57 + NKG2C hi NK cells preferentially lack expression of the inhibitory NKG2A receptor and the inhibitory KIR3DL1 receptor in individuals expressing its HLA-Bw4 ligand. Moreover, in solid-organ transplant recipients with active CMV infection, the percentage of CD57 + NKG2C hi NK cells in the total NK cell population preferentially increased. During acute CMV infection, the NKG2C + NK cells proliferated, became NKG2C hi , and finally acquired CD57. Thus, we propose that CD57 might provide a marker of “memory” NK cells that have been expanded in response to infection.

Abstract Natural killer (NK) cells are innate immune lymphocytes that express a heterogeneous repertoire of germline-encoded receptors and undergo a distinct pattern of maturation. CD57 is a marker of terminal differentiation on human CD8+ T cells. Very few newborn or fetal NK cells express CD57; however, the frequency of CD57-bearing NK cells increases with age. We assessed the transcriptional, phenotypic, and functional differences between CD57+ and CD57− NK cells within the CD56dim mature NK subset. CD57+ NK cells express a repertoire of NK-cell receptors, suggestive of a more mature phenotype, and proliferate less when stimulated with target cells and/or cytokines. By contrast, a higher frequency of CD57+ NK cells produced interferon-γ and demonstrated more potent lytic activity when these cells were stimulated through the activating receptor CD16; however, they are less responsive to stimulation by interleukin-12 and interleukin-18. Finally, CD57 expression is induced on CD57−CD56dim NK cells after activation by interleukin-2. A combination of a mature phenotype, a higher cytotoxic capacity, a higher sensitivity to stimulation via CD16, with a decreased responsiveness to cytokines, and a decreased capacity to proliferate suggest that CD57+ NK cells are highly mature and might be terminally differentiated.

Latent replication-competent HIV-1 persists in individuals on long-term antiretroviral therapy (ART). We developed the Full-Length Individual Proviral Sequencing (FLIPS) assay to determine the distribution of latent replication-competent HIV-1 within memory CD4+ T cell subsets in six individuals on long-term ART. FLIPS is an efficient, high-throughput assay that amplifies and sequences near full-length (∼9 kb) HIV-1 proviral genomes and determines potential replication competency through genetic characterization. FLIPS provides a genome-scale perspective that addresses the limitations of other methods that also genetically characterize the latent reservoir. Using FLIPS, we identified 5% of proviruses as intact and potentially replication competent. Intact proviruses were unequally distributed between T cell subsets, with effector memory cells containing the largest proportion of genetically intact HIV-1 proviruses. We identified multiple identical intact proviruses, suggesting a role for cellular proliferation in the maintenance of the latent HIV-1 reservoir.

Abstract HIV-infected humans and SIV-infected rhesus macaques experience a rapid and dramatic loss of mucosal CD4+ T cells that is considered to be a key determinant of AIDS pathogenesis. In this study, we show that nonpathogenic SIV infection of sooty mangabeys (SMs), a natural host species for SIV, is also associated with an early, severe, and persistent depletion of memory CD4+ T cells from the intestinal and respiratory mucosa. Importantly, the kinetics of the loss of mucosal CD4+ T cells in SMs is similar to that of SIVmac239-infected rhesus macaques. Although the nonpathogenic SIV infection of SMs induces the same pattern of mucosal target cell depletion observed during pathogenic HIV/SIV infections, the depletion in SMs occurs in the context of limited local and systemic immune activation and can be reverted if virus replication is suppressed by antiretroviral treatment. These results indicate that a profound depletion of mucosal CD4+ T cells is not sufficient per se to induce loss of mucosal immunity and disease progression during a primate lentiviral infection. We propose that, in the disease-resistant SIV-infected SMs, evolutionary adaptation to both preserve immune function with fewer mucosal CD4+ T cells and attenuate the immune activation that follows acute viral infection protect these animals from progressing to AIDS.

Abstract Objective Prior genomewide association studies have identified variation in MHC Class I alleles and CCR5 Δ 32 as genetic predictors of viral control, especially in “elite” controllers, individuals who remain virally suppressed in the absence of therapy. Design Cross-sectional genomewide association study. Methods We analyzed custom whole exome sequencing and direct HLA typing from 202 ART-suppressed HIV+ non-controllers in relation to four measures of the peripheral CD4+ T cell reservoir: HIV intact DNA, total (t)DNA, unspliced (us)RNA, and RNA/DNA. Linear mixed models were adjusted for potential covariates including age, sex, nadir CD4+ T cell count, pre-ART HIV RNA, timing of ART initiation, and duration of ART suppression. Results Previously reported “protective” host genetic mutations related to viral setpoint (e.g., among elite controllers) were found to predict smaller HIV reservoir size. The HLA “protective” B*57:01 was associated with significantly lower HIV usRNA (q=3.3×10 −3 ), and among the largest subgroup, European ancestry individuals, the CCR5 Δ 32 deletion was associated with smaller HIV tDNA (p=4.3×10 −3 ) and usRNA (p=8.7×10 −3 ). In addition, genomewide analysis identified several SNPs in MX1 (an interferon stimulated gene) that were significantly associated with HIV tDNA (q=0.02), and the direction of these associations paralleled MX1 gene eQTL expression. Conclusions We observed a significant association between previously reported “protective” MHC class I alleles and CCR5 Δ 32 with the HIV reservoir size in non-controllers. We also found a novel association between MX1 and HIV total DNA (in addition to other interferon signaling relevant genes, PPP1CB , DDX3X ). These findings warrant further investigation in future validation studies.

The major barrier to an HIV cure is the persistence of infected cells that evade host immune surveillance despite effective antiretroviral therapy (ART). Most prior host genetic HIV studies have focused on identifying DNA polymorphisms (e.g., CCR5Δ32 , MHC class I alleles) associated with viral load among untreated "elite controllers" (~1% of HIV+ individuals who are able to control virus without ART). However, there have been few studies evaluating host genetic predictors of viral control for the majority of people living with HIV (PLWH) on ART. We performed host RNA sequencing and HIV reservoir quantification (total DNA, unspliced RNA, intact DNA) from peripheral CD4+ T cells from 191 HIV+ ART-suppressed non-controllers. Multivariate models included covariates for timing of ART initiation, nadir CD4+ count, age, sex, and ancestry. Lower HIV total DNA (an estimate of the total reservoir) was associated with upregulation of tumor suppressor genes NBL1 (q=0.012) and P3H3 (q=0.012). Higher HIV unspliced RNA (an estimate of residual HIV transcription) was associated with downregulation of several host genes involving inflammasome ( IL1A, CSF3, TNFAIP5, TNFAIP6, TNFAIP9 , CXCL3, CXCL10 ) and innate immune ( TLR7 ) signaling, as well as novel associations with potassium ( KCNJ2 ) and gap junction ( GJB2 ) channels, all q<0.05. Gene set enrichment analyses identified significant associations with TLR4/microbial translocation (q=0.006), IL-1β/NRLP3 inflammasome (q=0.008), and IL-10 (q=0.037) signaling. HIV intact DNA (an estimate of the "replication-competent" reservoir) demonstrated trends with thrombin degradation ( PLGLB1 ) and glucose metabolism ( AGL ) genes, but data were (HIV intact DNA detected in only 42% of participants). Our findings demonstrate that among treated PLWH, that inflammation, innate immune responses, bacterial translocation, and tumor suppression/cell proliferation host signaling play a key role in the maintenance of the HIV reservoir during ART. Further data are needed to validate these findings, including functional genomic studies, and expanded epidemiologic studies in female, non-European cohorts.Although lifelong HIV antiretroviral therapy (ART) suppresses virus, the major barrier to an HIV cure is the persistence of infected cells that evade host immune surveillance despite effective ART, "the HIV reservoir." HIV eradication strategies have focused on eliminating residual virus to allow for HIV remission, but HIV cure trials to date have thus far failed to show a clinically meaningful reduction in the HIV reservoir. There is an urgent need for a better understanding of the host-viral dynamics during ART suppression to identify potential novel therapeutic targets for HIV cure. This is the first epidemiologic host gene expression study to demonstrate a significant link between HIV reservoir size and several well-known immunologic pathways (e.g., IL-1β, TLR7, TNF-α signaling pathways), as well as novel associations with potassium and gap junction channels (Kir2.1, connexin 26). Further data are needed to validate these findings, including functional genomic studies and expanded epidemiologic studies in female, non-European cohorts.

ABSTRACT The latent reservoir is a main barrier for curing HIV. But because latently-infected cells cannot be phenotyped directly, the features of the in vivo reservoir have remained elusive. Here, we describe a method that leverages high-dimensional phenotyping using CyTOF to trace latently-infected cells reactivated ex vivo to their original pre-activation states. Our results suggest that contrary to common assumptions, the reservoir is not randomly distributed among cell subsets, and is remarkably conserved between individuals. However, reservoir composition differs between tissues and blood, as do cells successfully reactivated by different latency reversing agents. Most importantly, by selecting 8-10 of our 39 original CyTOF markers, we were able to isolate highly purified populations of unstimulated in vivo latent cells, thereby validating the PP-SLIDE approach for reservoir characterization. These purified populations were highly enriched for replication-competent and intact provirus, transcribed HIV, and displayed clonal expansion. The ability to isolate unstimulated latent cells from infected individuals enables previously impossible studies of HIV persistence.