The spike protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is critical for virus infection through the engagement of the human ACE2 protein1 and is a major antibody target. Here we show that chronic infection with SARS-CoV-2 leads to viral evolution and reduced sensitivity to neutralizing antibodies in an immunosuppressed individual treated with convalescent plasma, by generating whole-genome ultra-deep sequences for 23 time points that span 101 days and using in vitro techniques to characterize the mutations revealed by sequencing. There was little change in the overall structure of the viral population after two courses of remdesivir during the first 57 days. However, after convalescent plasma therapy, we observed large, dynamic shifts in the viral population, with the emergence of a dominant viral strain that contained a substitution (D796H) in the S2 subunit and a deletion (ΔH69/ΔV70) in the S1 N-terminal domain of the spike protein. As passively transferred serum antibodies diminished, viruses with the escape genotype were reduced in frequency, before returning during a final, unsuccessful course of convalescent plasma treatment. In vitro, the spike double mutant bearing both ΔH69/ΔV70 and D796H conferred modestly decreased sensitivity to convalescent plasma, while maintaining infectivity levels that were similar to the wild-type virus.The spike substitution mutant D796H appeared to be the main contributor to the decreased susceptibility to neutralizing antibodies, but this mutation resulted in an infectivity defect. The spike deletion mutant ΔH69/ΔV70 had a twofold higher level of infectivity than wild-type SARS-CoV-2, possibly compensating for the reduced infectivity of the D796H mutation. These data reveal strong selection on SARS-CoV-2 during convalescent plasma therapy, which is associated with the emergence of viral variants that show evidence of reduced susceptibility to neutralizing antibodies in immunosuppressed individuals. Chronic infection with SARS-CoV-2 leads to the emergence of viral variants that show reduced susceptibility to neutralizing antibodies in an immunosuppressed individual treated with convalescent plasma.

Abstract The SARS-CoV-2 Omicron BA.1 variant emerged in 2021 1 and has multiple mutations in its spike protein 2 . Here we show that the spike protein of Omicron has a higher affinity for ACE2 compared with Delta, and a marked change in its antigenicity increases Omicron’s evasion of therapeutic monoclonal and vaccine-elicited polyclonal neutralizing antibodies after two doses. mRNA vaccination as a third vaccine dose rescues and broadens neutralization. Importantly, the antiviral drugs remdesivir and molnupiravir retain efficacy against Omicron BA.1. Replication was similar for Omicron and Delta virus isolates in human nasal epithelial cultures. However, in lung cells and gut cells, Omicron demonstrated lower replication. Omicron spike protein was less efficiently cleaved compared with Delta. The differences in replication were mapped to the entry efficiency of the virus on the basis of spike-pseudotyped virus assays. The defect in entry of Omicron pseudotyped virus to specific cell types effectively correlated with higher cellular RNA expression of TMPRSS2 , and deletion of TMPRSS2 affected Delta entry to a greater extent than Omicron. Furthermore, drug inhibitors targeting specific entry pathways 3 demonstrated that the Omicron spike inefficiently uses the cellular protease TMPRSS2, which promotes cell entry through plasma membrane fusion, with greater dependency on cell entry through the endocytic pathway. Consistent with suboptimal S1/S2 cleavage and inability to use TMPRSS2, syncytium formation by the Omicron spike was substantially impaired compared with the Delta spike. The less efficient spike cleavage of Omicron at S1/S2 is associated with a shift in cellular tropism away from TMPRSS2-expressing cells, with implications for altered pathogenesis.

Cytotoxic T lymphocytes (CTL) appear to play an important role in the control of human cytomegalovirus (HCMV) in the normal virus carrier: previous studies have identified peripheral blood CD8+ CTL specific for the HCMV major immediate-early gene product (IE1) and more recently, by bulk culture and cloning techniques, have identified CTL specific for a structural gene product, the lower matrix protein pp65. In order to determine the relative contributions of CTL which recognize the HCMV proteins IE1, pp65, and glycoprotein B (gB) to the total HCMV-specific CTL response, we have used a limiting-dilution analysis system to quantify HCMV-specific CTL precursors with different specificities, allowing the antigenic specificity of multiple short-term CTL clones to be assessed, in a group of six healthy seropositive donors. All donors showed high frequencies of HCMV-specific major histocompatibility complex-restricted CTL precursors. There was a very high frequency of CTL specific for pp65 (lower matrix protein); IE1-specific CTL were also detectable at lower frequencies in three of five donors, while CTL directed to gB were undetectable. A pp65 gene deletion mutant of HCMV was then used to estimate the contribution of pp65-specific CTL to the total HCMV-specific CTL response; this showed that between 70 and 90% of all CTL recognizing HCMV-infected cells were pp65 specific. Analysis of the peptide specificity of pp65-specific CTL showed that some donors have a highly focused response recognizing a single peptide; the T-cell receptor Vbeta gene usage in these two donors was shown to be remarkably restricted, with over half of the responding CD8+ T cells utilizing a single Vbeta gene rearrangement. Other subjects recognized multiple pp65 peptides: nine new pp65 CTL peptide epitopes were defined, and for five of these the HLA-presenting allele has been identified. All four of the HLA A2 donors tested in this study recognized the same peptide. This apparent domination of the CTL response to HCMV during persistent infection by a single structural protein, irrespective of major histocompatibility complex haplotype, is not clearly described for other persistent virus infections, and the mechanism requires further investigation.

Transmission of SARS-CoV-2 is uncontrolled in many parts of the world; control is compounded in some areas by the higher transmission potential of the B.1.1.7 variant1, which has now been reported in 94 countries. It is unclear whether the response of the virus to vaccines against SARS-CoV-2 on the basis of the prototypic strain will be affected by the mutations found in B.1.1.7. Here we assess the immune responses of individuals after vaccination with the mRNA-based vaccine BNT162b22. We measured neutralizing antibody responses after the first and second immunizations using pseudoviruses that expressed the wild-type spike protein or a mutated spike protein that contained the eight amino acid changes found in the B.1.1.7 variant. The sera from individuals who received the vaccine exhibited a broad range of neutralizing titres against the wild-type pseudoviruses that were modestly reduced against the B.1.1.7 variant. This reduction was also evident in sera from some patients who had recovered from COVID-19. Decreased neutralization of the B.1.1.7 variant was also observed for monoclonal antibodies that target the N-terminal domain (9 out of 10) and the receptor-binding motif (5 out of 31), but not for monoclonal antibodies that recognize the receptor-binding domain that bind outside the receptor-binding motif. Introduction of the mutation that encodes the E484K substitution in the B.1.1.7 background to reflect a newly emerged variant of concern (VOC 202102/02) led to a more-substantial loss of neutralizing activity by vaccine-elicited antibodies and monoclonal antibodies (19 out of 31) compared with the loss of neutralizing activity conferred by the mutations in B.1.1.7 alone. The emergence of the E484K substitution in a B.1.1.7 background represents a threat to the efficacy of the BNT162b2 vaccine. Sera from vaccinated individuals and some monoclonal antibodies show a modest reduction in neutralizing activity against the B.1.1.7 variant of SARS-CoV-2; but the E484K substitution leads to a considerable loss of neutralizing activity.

Abstract Although two-dose mRNA vaccination provides excellent protection against SARS-CoV-2, there is little information about vaccine efficacy against variants of concern (VOC) in individuals above eighty years of age 1 . Here we analysed immune responses following vaccination with the BNT162b2 mRNA vaccine 2 in elderly participants and younger healthcare workers. Serum neutralization and levels of binding IgG or IgA after the first vaccine dose were lower in older individuals, with a marked drop in participants over eighty years old. Sera from participants above eighty showed lower neutralization potency against the B.1.1.7 (Alpha), B.1.351 (Beta) and P.1. (Gamma) VOC than against the wild-type virus and were more likely to lack any neutralization against VOC following the first dose. However, following the second dose, neutralization against VOC was detectable regardless of age. The frequency of SARS-CoV-2 spike-specific memory B cells was higher in elderly responders (whose serum showed neutralization activity) than in non-responders after the first dose. Elderly participants showed a clear reduction in somatic hypermutation of class-switched cells. The production of interferon-γ and interleukin-2 by SARS-CoV-2 spike-specific T cells was lower in older participants, and both cytokines were secreted primarily by CD4 T cells. We conclude that the elderly are a high-risk population and that specific measures to boost vaccine responses in this population are warranted, particularly where variants of concern are circulating.

Abstract In some studies of breast cancer, quantitation of immunohistochemically highlighted microvessel ‘hot spots’ has been shown to be a powerful prognostic tool. However, the antibody used, the number and size of the ‘hot spots’ assessed, and the stratification of patients into high and low vascular groups vary between studies. Furthermore, little is known about the relationship between microvessel density and other vascular parameters. These uncertainties and the laborious nature of the technique make it unsuitable for diagnostic practice. Both manual and computerized image analysis techniques were used in this study to examine the relationship between microvessel density and the vascular parameters in different sized microscopic fields in a pilot series of 30 invasive breast carcinomas. Automated pixel analysis of immunohistochemical staining, Chalkley point counting, and observer subjective vascular grading were also assessed as more rapid methods of measuring tumour vascularity. A Chalkley count was also performed on a further 211 invasive breast carcinomas. Significant correlations were observed between manual microvessel density and luminal perimeter ( r =0·6, P =0·0004), luminal area ( r =0·56, P =0·002), and microvessel number ( r =0·57, P =0·0009) by computerized analysis. There were also significant correlations between the microscopic hot spots of 0·155 mm 2 and 0.848 mm 2 for microvessel number ( r =0·81, P >0·00005), luminal perimeter ( r =0·78, P <0·00005), and luminal area ( r =0·65, P =0·0001). In addition, a significant correlation was observed between microvessel density and both subjective vascular grade ( P =0·002) and Chalkley count ( P =0·0001). A significant reduction in overall survival was observed between patients stratified by Chalkley count in both a univariate ( P =0·02) and a multivariate ( P =0·05) analysis in the 211 invasive breast carcinomas. These findings show that Chalkley counting is a rapid method of quantifying tumour angiogenesis and gives independent prognostic information which might be useful in diagnostic practice.

Senescence, a persistent form of cell-cycle arrest, is often associated with a diverse secretome, which provides complex functionality for senescent cells within the tissue microenvironment. We show that oncogene-induced senescence is accompanied by a dynamic fluctuation of NOTCH1 activity, which drives a TGF-β-rich secretome, while suppressing the senescence-associated pro-inflammatory secretome through inhibition of C/EBPβ. NOTCH1 and NOTCH1-driven TGF-β contribute to ‘lateral induction of senescence’ through a juxtacrine NOTCH–JAG1 pathway. In addition, NOTCH1 inhibition during senescence facilitates upregulation of pro-inflammatory cytokines, promoting lymphocyte recruitment and senescence surveillance in vivo. As enforced activation of NOTCH1 signalling confers a near mutually exclusive secretory profile compared with typical senescence, our data collectively indicate that the dynamic alteration of NOTCH1 activity during senescence dictates a functional balance between these two distinct secretomes: one representing TGF-β and the other pro-inflammatory cytokines, highlighting that NOTCH1 is a temporospatial controller of secretome composition. Hoare et al. find that NOTCH1 regulates the switch between two distinct senescence-associated secretomes—the TGF-β pathway and pro-inflammatory cytokines—and that its inhibition promotes clearance of oncogene-induced senescent liver cells.

A systematic quantitative analysis of temporal changes in host and viral proteins throughout the course of a productive infection could provide dynamic insights into virus-host interaction. We developed a proteomic technique called “quantitative temporal viromics” (QTV), which employs multiplexed tandem-mass-tag-based mass spectrometry. Human cytomegalovirus (HCMV) is not only an important pathogen but a paradigm of viral immune evasion. QTV detailed how HCMV orchestrates the expression of >8,000 cellular proteins, including 1,200 cell-surface proteins to manipulate signaling pathways and counterintrinsic, innate, and adaptive immune defenses. QTV predicted natural killer and T cell ligands, as well as 29 viral proteins present at the cell surface, potential therapeutic targets. Temporal profiles of >80% of HCMV canonical genes and 14 noncanonical HCMV open reading frames were defined. QTV is a powerful method that can yield important insights into viral infection and is applicable to any virus with a robust in vitro model.PaperClip/cms/asset/73b31c12-81e5-4c68-a7e8-ca7ba21cc6ce/mmc10.mp3Loading ...(mp3, 3.16 MB) Download audio

SummaryBackgroundThe burden and influence of health-care associated severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infections is unknown. We aimed to examine the use of rapid SARS-CoV-2 sequencing combined with detailed epidemiological analysis to investigate health-care associated SARS-CoV-2 infections and inform infection control measures.MethodsIn this prospective surveillance study, we set up rapid SARS-CoV-2 nanopore sequencing from PCR-positive diagnostic samples collected from our hospital (Cambridge, UK) and a random selection from hospitals in the East of England, enabling sample-to-sequence in less than 24 h. We established a weekly review and reporting system with integration of genomic and epidemiological data to investigate suspected health-care associated COVID-19 cases.FindingsBetween March 13 and April 24, 2020, we collected clinical data and samples from 5613 patients with COVID-19 from across the East of England. We sequenced 1000 samples producing 747 high-quality genomes. We combined epidemiological and genomic analysis of the 299 patients from our hospital and identified 35 clusters of identical viruses involving 159 patients. 92 (58%) of 159 patients had strong epidemiological links and 32 (20%) patients had plausible epidemiological links. These results were fed back to clinical, infection control, and hospital management teams, leading to infection-control interventions and informing patient safety reporting.InterpretationWe established real-time genomic surveillance of SARS-CoV-2 in a UK hospital and showed the benefit of combined genomic and epidemiological analysis for the investigation of health-care associated COVID-19. This approach enabled us to detect cryptic transmission events and identify opportunities to target infection-control interventions to further reduce health-care associated infections. Our findings have important implications for national public health policy as they enable rapid tracking and investigation of infections in hospital and community settings.FundingCOVID-19 Genomics UK (supported by UK Research and Innovation, the National Institute of Health Research, the Wellcome Sanger Institute), the Wellcome Trust, the Academy of Medical Sciences and the Health Foundation, and the National Institute for Health Research Cambridge Biomedical Research Centre.

The kinetics of the immune changes in COVID-19 across severity groups have not been rigorously assessed. Using immunophenotyping, RNA sequencing, and serum cytokine analysis, we analyzed serial samples from 207 SARS-CoV2-infected individuals with a range of disease severities over 12 weeks from symptom onset. An early robust bystander CD8+ T cell immune response, without systemic inflammation, characterized asymptomatic or mild disease. Hospitalized individuals had delayed bystander responses and systemic inflammation that was already evident near symptom onset, indicating that immunopathology may be inevitable in some individuals. Viral load did not correlate with this early pathological response but did correlate with subsequent disease severity. Immune recovery is complex, with profound persistent cellular abnormalities in severe disease correlating with altered inflammatory responses, with signatures associated with increased oxidative phosphorylation replacing those driven by cytokines tumor necrosis factor (TNF) and interleukin (IL)-6. These late immunometabolic and immune defects may have clinical implications.