Exosomes have been proposed as vehicles for microRNA (miRNA) -based intercellular communication and a source of miRNA biomarkers in bodily fluids. Although exosome preparations contain miRNAs, a quantitative analysis of their abundance and stoichiometry is lacking. In the course of studying cancer-associated extracellular miRNAs in patient blood samples, we found that exosome fractions contained a small minority of the miRNA content of plasma. This low yield prompted us to perform a more quantitative assessment of the relationship between miRNAs and exosomes using a stoichiometric approach. We quantified both the number of exosomes and the number of miRNA molecules in replicate samples that were isolated from five diverse sources (i.e., plasma, seminal fluid, dendritic cells, mast cells, and ovarian cancer cells). Regardless of the source, on average, there was far less than one molecule of a given miRNA per exosome, even for the most abundant miRNAs in exosome preparations (mean ± SD across six exosome sources: 0.00825 ± 0.02 miRNA molecules/exosome). Thus, if miRNAs were distributed homogenously across the exosome population, on average, over 100 exosomes would need to be examined to observe one copy of a given abundant miRNA. This stoichiometry of miRNAs and exosomes suggests that most individual exosomes in standard preparations do not carry biologically significant numbers of miRNAs and are, therefore, individually unlikely to be functional as vehicles for miRNA-based communication. We propose revised models to reconcile the exosome-mediated, miRNA-based intercellular communication hypothesis with the observed stoichiometry of miRNAs associated with exosomes.

Semen contains relatively ill-defined regulatory components that likely aid fertilization, but which could also interfere with defense against infection. Each ejaculate contains trillions of exosomes, membrane-enclosed subcellular microvesicles, which have immunosuppressive effects on cells important in the genital mucosa. Exosomes in general are believed to mediate inter-cellular communication, possibly by transferring small RNA molecules. We found that seminal exosome (SE) preparations contain a substantial amount of RNA from 20 to 100 nucleotides (nts) in length. We sequenced 20–40 and 40–100 nt fractions of SE RNA separately from six semen donors. We found various classes of small non-coding RNA, including microRNA (21.7% of the RNA in the 20–40 nt fraction) as well as abundant Y RNAs and tRNAs present in both fractions. Specific RNAs were consistently present in all donors. For example, 10 (of ∼2600 known) microRNAs constituted over 40% of mature microRNA in SE. Additionally, tRNA fragments were strongly enriched for 5’-ends of 18–19 or 30–34 nts in length; such tRNA fragments repress translation. Thus, SE could potentially deliver regulatory signals to the recipient mucosa via transfer of small RNA molecules.

Understanding the initial events in the establishment of vaginal human immunodeficiency virus type-1 (HIV-1) entry and infection has been hampered by the lack of appropriate experimental models. Here, we show in an ex vivo human organ culture system that upon contact in situ, HIV-1 rapidly penetrated both intraepithelial vaginal Langerhans and CD4(+) T cells. HIV-1 entered CD4(+) T cells almost exclusively by CD4 and CCR5 receptor-mediated direct fusion, without requiring passage from Langerhans cells, and overt productive infection ensued. By contrast, HIV-1 entered CD1a(+) Langerhans cells primarily by endocytosis, by means of multiple receptors, and virions persisted intact within the cytoplasm for several days. Our findings shed light on the very earliest steps of mucosal HIV infection in vivo and may guide the design of effective strategies to block local transmission and prevent HIV-1 spread.

To explore the mechanism by which herpes simplex virus (HSV)-2 infection is related to HIV-1 acquisition, we conducted in situ analysis of the cellular infiltrate from sequential biopsies of HSV-2 lesions from patients on and off antiviral therapy. CD4(+) and CD8(+) T cells and a mixed population of plasmacytoid and myeloid dendritic cells (DCs), including cells expressing the C-type lectin receptor DC-SIGN, persisted at sites of HSV-2 reactivation for months after healing, even with daily antiviral therapy. The CD4(+) T cells that persisted reacted to HSV-2 antigen, were enriched for expression of the chemokine receptor CCR5, and were contiguous to DCs expressing the interleukin-3 receptor CD123 or DC-SIGN. Ex vivo infection with a CCR5-tropic strain of HIV-1 revealed greater concentrations of integrated HIV-1 DNA in cells derived from healed genital lesion biopsies than in cells from control skin biopsies. The persistence and enrichment of HIV receptor-positive inflammatory cells in the genitalia help explain the inability of anti-HSV-2 therapy to reduce HIV acquisition.

Cytotoxic CD8+ T cells play a critical role in controlling herpes simplex virus (HSV) infection and reactivation. However, little is known about the spatiotemporal dynamics of CD8+ T cells during HSV lesion evolution or about their involvement in immune surveillance after lesion resolution. Using quantum dot–conjugated peptide–major histocompatibility complex multimers, we investigated the in vivo localization of HSV-2–specific CD8+ T cells in sequential biopsies of human genital skin during acute, resolving, and healed stages of HSV-2 reactivation. Our studies revealed that functionally active CD8+ T cells selectively infiltrated to the site of viral reactivation. After lesion healing in concert with complete reepithelialization and loss of HSV DNA from skin biopsies, HSV-2–specific CD8+ T cells persisted for more than two months at the dermal–epidermal junction, adjacent to peripheral nerve endings. In two out of the six sequentially studied individuals, HSV-2 DNA reappeared in clinically and histologically normal–appearing skin. Detection of viral DNA was accompanied by increased numbers of both HSV-specific and total CD8+ T cells in the dermis. These findings indicate that the frequency and clinical course of HSV-2 reactivation in humans is influenced by virus-specific CD8+ T cells that persist in peripheral mucosa and genital skin after resolution of herpes lesions.

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 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.

Abstract High‐sensitivity flow cytometers have been developed for multi‐parameter characterization of single extracellular vesicles (EVs), but performance varies among instruments and calibration methods. Here we compare the characterization of identical (split) EV samples derived from human colorectal cancer (DiFi) cells by three high‐sensitivity flow cytometers, two commercial instruments, CytoFLEX/CellStream, and a custom single‐molecule flow cytometer (SMFC). DiFi EVs were stained with the membrane dye di‐8‐ANEPPS and with PE‐conjugated anti‐EGFR or anti‐tetraspanin (CD9/CD63/CD81) antibodies for estimation of EV size and surface protein copy numbers. The limits of detection (LODs) for immunofluorescence and vesicle size based on calibration using cross‐calibrated, hard‐dyed beads were ∼10 PE/∼80 nm EV diameter for CytoFLEX and ∼10 PEs/∼67 nm for CellStream. For the SMFC, the LOD for immunofluorescence was 1 PE and ≤ 35 nm for size. The population of EVs detected by each system (di‐8‐ANEPPS + /PE + particles) differed widely depending on the LOD of the system; for example, CellStream/CytoFLEX detected only 5.7% and 1.5% of the tetraspanin‐labelled EVs detected by SMFC, respectively, and median EV diameter and antibody copy numbers were much larger for CellStream/CytoFLEX than for SMFC as measured and validated using super‐resolution/single‐molecule TIRF microscopy. To obtain a dataset representing a common EV population analysed by all three platforms, we filtered out SMFC and CellStream measurements for EVs below the CytoFLEX LODs as determined by bead calibration (10 PE/80 nm). The inter‐platform agreement using this filtered dataset was significantly better than for the unfiltered dataset, but even better concordance between results was obtained by applying higher cutoffs (21 PE/120 nm) determined by threshold analysis using the SMFC data. The results demonstrate the impact of specifying LODs to define the EV population analysed on inter‐instrument reproducibility in EV flow cytometry studies, and the utility of threshold analysis of SMFC data for providing semi‐quantitative LOD values for other flow cytometers.

Background Understanding how leukocytes in the cervicovaginal and colorectal mucosae respond to pathogens, and how medical interventions affect these responses, is important for developing better tools to prevent HIV and other sexually transmitted infections. An effective cryopreservation protocol for these cells following their isolation will make studying them more feasible. Methods and findings To find an optimal cryopreservation protocol for mucosal mononuclear leukocytes, we compared cryopreservation media and procedures using human vaginal leukocytes and confirmed our results with endocervical and colorectal leukocytes. Specifically, we measured the recovery of viable vaginal T cells and macrophages after cryopreservation with different cryopreservation media and handling procedures. We found several cryopreservation media that led to recoveries above 75%. Limiting the number and volume of washes increased the fraction of cells recovered by 10-15%, possibly due to the small cell numbers in mucosal samples. We confirmed that our cryopreservation protocol also works well for both endocervical and colorectal leukocytes. Cryopreserved leukocytes had slightly increased cytokine responses to antigenic stimulation relative to the same cells tested fresh. Additionally, we tested whether it is better to cryopreserve endocervical cells on the cytobrush or in suspension. Conclusions Leukocytes from cervicovaginal and colorectal tissues can be cryopreserved with good recovery of functional, viable cells using several different cryopreservation media. The number and volume of washes has an experimentally meaningful effect on the percentage of cells recovered. We provide a detailed, step-by-step protocol with best practices for cryopreservation of mucosal leukocytes.

In the era of antiretroviral therapy (ART), HIV-1 infection is no longer tantamount to early death. Yet the benefits of treatment are available only to those who can access, afford, and tolerate taking daily pills. True cure is challenged by HIV latency, the ability of chromosomally integrated virus to persist within memory CD4+ T cells in a non-replicative state and activate when ART is discontinued. Using a mathematical model of HIV dynamics, we demonstrate that treatment strategies offering modest but continual enhancement of reservoir clearance rates result in faster cure than abrupt, one-time reductions in reservoir size. We frame this concept in terms of compounding interest: small changes in interest rate drastically improve returns over time. On ART, latent cell proliferation rates are orders of magnitude larger than activation and new infection rates. Contingent on subtypes of cells that may make up the reservoir and their respective proliferation rates, our model predicts that coupling clinically available, anti-proliferative therapies with ART could result in functional cure within 2-10 years rather than several decades on ART alone.