In COVID-19, the immune response largely determines disease severity and is key to therapeutic strategies. Cellular mechanisms contributing to inflammatory lung injury and tissue repair in SARS-CoV-2 infection, particularly endothelial cell involvement, remain ill-defined. We performed detailed spatiotemporal analyses of cellular and molecular processes in SARS-CoV-2 infected Syrian hamsters. Comparison of hamster single-cell sequencing and proteomics with data sets from COVID-19 patients demonstrated inter-species concordance of cellular and molecular host-pathogen interactions. In depth vascular and pulmonary compartment analyses (i) supported the hypothesis that monocyte-derived macrophages dominate inflammation, (ii) revealed endothelial inflammation status and T-cell attraction, and (iii) showed that CD4+ and CD8+ cytotoxic T-cell responses precede viral elimination. Using the Syrian hamster model of self-limited moderate COVID-19, we defined the specific roles of endothelial and epithelial cells, among other myeloid and non-myeloid lung cell subtypes, for determining the disease course.

Abstract In recent years, (re-)emerging arboviruses including Chikungunya virus (CHIKV) and Mayaro virus (MAYV) have caused growing concern due to expansion of insect vector ranges. No protective vaccine or specific antiviral strategies are currently available. Long-term morbidity after CHIKV infection includes debilitating chronic joint pain, which has associated health and economic impact. Here, we analyzed the early cell-intrinsic response to CHIKV and MAYV infection in primary human synovial fibroblasts. This interferon-competent cell type represents a potential source of polyarthralgia induced by CHIKV infection. Synovial fibroblasts from healthy and osteoarthritic donors were similarly permissive to CHIKV and MAYV infection ex vivo . Using RNA-seq, we defined a CHIKV infection-induced transcriptional profile with several hundred interferon-stimulated and arthralgia-mediating genes upregulated. Type I interferon was both secreted by infected fibroblasts and protective when administered exogenously. IL-6 secretion, which mediates chronic synovitis, however, was not boosted by infection. Single-cell RNA-seq and flow cytometric analyses uncovered an inverse correlation of activation of innate immunity and productive infection at the level of individual cells. In summary, primary human synovial fibroblasts serve as bona-fide ex vivo primary cell model of CHIKV infection and provide a valuable platform for studies of joint tissue-associated aspects of CHIKV immunopathogenesis.

Abstract Cell-intrinsic responses mounted in vivo in PBMCs during mild and severe COVID-19 differ quantitatively and qualitatively. Whether they are triggered by signals emitted by productively infected cells of the respiratory tract or are, at least partially, resulting from physical interaction with virus particles, remains unclear. Here, we analyzed susceptibility and expression profiles of PBMCs from healthy donors upon ex vivo exposure to SARS-CoV and SARS-CoV-2. In line with the absence of detectable ACE2 receptor expression, human PBMCs were refractory to productive infection. Bulk and single cell RNA-sequencing revealed JAK/STAT-dependent induction of interferon-stimulated genes, but not pro-inflammatory cytokines. This SARS-CoV-2-specific response was most pronounced in monocytes. SARS-CoV-2-RNA-positive monocytes displayed a lower ISG signature as compared to bystander cells of the identical culture. This suggests a preferential invasion of cells with a low ISG base-line profile or delivery of a SARS-CoV-2-specific sensing antagonist upon efficient particle internalization. Together, non-productive physical interaction of PBMCs with SARS-CoV-2-but not SARS-CoV particles stimulates JAK/STAT-dependent, monocyte-accentuated innate immune responses that resemble those detected in vivo in patients with mild COVID-19.

Abstract Key issues for research of COVID-19 pathogenesis are the lack of biopsies from patients and of samples at the onset of infection. To overcome these hurdles, hamsters were shown to be useful models for studying this disease. Here, we further leveraged the model to molecularly survey the disease progression from time-resolved single-cell RNA-sequencing data collected from healthy and SARS-CoV-2-infected Syrian and Roborovski hamster lungs. We compared our data to human COVID-19 studies, including BALF, nasal swab, and post-mortem lung tissue, and identified a shared axis of inflammation dominated by macrophages, neutrophils, and endothelial cells, which we show to be transient in Syrian and terminal in Roborovski hamsters. Our data suggest that, following SARS-CoV-2 infection, commitment to a type 1 or type 3-biased immunity determines moderate versus severe COVID-19 outcomes, respectively. One-Sentence Summary Activation of different immunological programs upon SARS-CoV-2 infection determines COVID-19 severity.

ABSTRACT Shock-and-kill is one of the most advanced, yet unrealized, concepts towards establishment of HIV-1 cure. Treatment with latency-reversing agents (LRAs), including histone deacetylase inhibitors (HDACis) exerting chromatin remodelling and gene expression reprogramming, combined with anti-retroviral therapy reactivates HIV-1 transcription in vitro , ex vivo and in vivo . However, HDACi treatment fails to significantly reduce the size of the viral reservoir in people living with HIV-1 (PLHIV). Here, by combining scRNA-seq and functional approaches, we characterised the HDACi treatment-imposed remodulation of CD4+ T-cells’ state and its consequences for HIV-1 latency reversal and the apparent resistance of HIV-1-reactivating cells to immune-mediated elimination. Exposure of CD4 + T-cells from three aviremic PLHIV with clinically applicable concentrations of Panobinostat markedly reduced the expression of genes mediating T-cell activation and IFN-driven antiviral immunity in a largely CD4 + T-cell subset-nonspecific manner, with exception of an PLHIV-specific exhausted CD4 + T-cell subpopulation. Altered transcriptomic profiles were accompanied by large refractoriness to peptide and IL-2/PHA stimulation, and to exogenous type I interferon, that would otherwise induce T-cell activation and expression of a plethora of antiviral genes, respectively. Type I interferon, when added to Panobinostat during HIV-1 reactivation, was unable to counteract HDACi-mediated inhibition of IFN signalling and failed to interfere with HIV-1 reactivation per se . However, it imposed a pre-budding block and boosted surface levels of HIV-1 Env on reactivating cells. Co-treatment with type I IFNs, most prominently IFN-β and -α14, sensitised HIV-1-reactivating cells for killing by NK cells through antibody-dependent cytotoxicity. Together, our study provides proof-of-concept of the benefit of combining a potent LRA with immunostimulatory molecules, such as type I IFNs, to reduce the resistance of HIV-1-reactivating T-cells to immune-mediated elimination to improve current shock-and-kill strategies.

ABSTRACT Since December 2019, the novel human coronavirus SARS-CoV-2 has spread globally, causing millions of deaths. Unprecedented efforts have enabled development and authorization of a range of vaccines, which reduce transmission rates and confer protection against the associated disease COVID-19. These vaccines are conceptually diverse, including e.g. classical adjuvanted whole-inactivated virus, viral vectors, and mRNA vaccines. We have analysed two prototypic model vaccines, the strongly T H 1-biased measles vaccine-derived candidate MeV vac2 -SARS2-S(H) and a T H 2-biased Alum-adjuvanted, non-stabilized Spike (S) protein side-by-side, for their ability to protect Syrian hamsters upon challenge with a low-passage SARS-CoV-2 patient isolate. As expected, the MeV vac2 -SARS2-S(H) vaccine protected the hamsters safely from severe disease. In contrast, the protein vaccine induced vaccine-associated enhanced respiratory disease (VAERD) with massive infiltration of eosinophils into the lungs. Global RNA-Seq analysis of hamster lungs revealed reduced viral RNA and less host dysregulation in MeV vac2 -SARS2-S(H) vaccinated animals, while S protein vaccination triggered enhanced host gene dysregulation compared to unvaccinated control animals. Of note, mRNAs encoding the major eosinophil attractant CCL-11, the T H 2 response-driving cytokine IL-19, as well as T H 2-cytokines IL-4, IL-5, and IL-13 were exclusively up-regulated in the lungs of S protein vaccinated animals, consistent with previously described VAERD induced by RSV vaccine candidates. IL-4, IL-5, and IL-13 were also up-regulated in S-specific splenocytes after protein vaccination. Using scRNA-Seq, T cells and innate lymphoid cells were identified as the source of these cytokines, while Ccl11 and Il19 mRNAs were expressed in lung macrophages displaying an activated phenotype. Interestingly, the amount of viral reads in this macrophage population correlated with the abundance of Fc-receptor reads. These findings suggest that VAERD is triggered by induction of T H 2-type helper cells secreting IL-4, IL-5, and IL-13, together with stimulation of macrophage subsets dependent on non-neutralizing antibodies. Via this mechanism, uncontrolled eosinophil recruitment to the infected tissue occurs, a hallmark of VAERD immunopathogenesis. These effects could effectively be treated using dexamethasone and were not observed in animals vaccinated with MeV vac2 -SARS2-S(H). Taken together, our data validate the potential of T H 2-biased COVID-19 vaccines and identify the transcriptional mediators that underlie VAERD, but confirm safety of T H 1-biased vaccine concepts such as vector-based or mRNA vaccines. Dexamethasone, which is already in use for treatment of severe COVID-19, may alleviate such VAERD, but in-depth scrutiny of any next-generation protein-based vaccine candidates is required, prior and after their regulatory approval.

Humans and hamsters share a common inflammatory response to SARS-CoV-2 d Disease severity correlates with early innate effector cell-type response d Diffusion-based analyses dissect neutrophil and endothelial cell responses during infection d Differences in cell-type responses lead to either reversible or terminal endothelial damage

The accessory protease transmembrane protease serine 2 (TMPRSS2) enhances severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) uptake into ACE2-expressing cells, although how increased entry impacts downstream viral and host processes remains unclear. To investigate this in more detail, we performed infection assays in engineered cells promoting ACE2-mediated entry with and without TMPRSS2 coexpression. Electron microscopy and inhibitor experiments indicated TMPRSS2-mediated cell entry was associated with increased virion internalization into endosomes, and partially dependent upon clathrin-mediated endocytosis. TMPRSS2 increased panvariant uptake efficiency and enhanced early rates of virus replication, transcription, and secretion, with variant-specific profiles observed. On the host side, transcriptional profiling confirmed the magnitude of infection-induced antiviral and proinflammatory responses were linked to uptake efficiency, with TMPRSS2-assisted entry boosting early antiviral responses. In addition, TMPRSS2-enhanced infections increased rates of cytopathology, apoptosis, and necrosis and modulated virus secretion kinetics in a variant-specific manner. On the virus side, convergent signatures of cell-uptake-dependent innate immune induction were recorded in viral genomes, manifesting as switches in dominant coupled Nsp3 residues whose frequencies were correlated to the magnitude of the cellular response to infection. Experimentally, we demonstrated that selected Nsp3 mutations conferred enhanced interferon antagonism. More broadly, we show that TMPRSS2 orthologues from evolutionarily diverse mammals facilitate panvariant enhancement of cell uptake. In summary, our study uncovers previously unreported associations, linking cell entry efficiency to innate immune activation kinetics, cell death rates, virus secretion dynamics, and convergent selection of viral mutations. These data expand our understanding of TMPRSS2's role in the SARS-CoV-2 life cycle and confirm its broader significance in zoonotic reservoirs and animal models.

MPOX virus (MPXV), formerly known as monkeypox virus, led to a rapidly evolving pandemic starting May 2022, with over 90,000 cases reported beyond the African continent. This pandemic outbreak was driven by the MPXV variant Clade IIb. In addition, Clade I viruses circulating in the Democratic Republic of Congo (DRC) are drawing increased attention as cases constantly rise and Clade Ib, first identified in 2023, is now co-circulating with Clade Ia and seems to exhibit enhanced human-to-human transmissibility. While most infected individuals display a self-limiting disease with singular pox-like lesions, some endure systemic viral spread leading to whole-body rash with risks for necrosis, organ loss, and death. Intra-host dissemination and cellular tropism of MPXV are largely unexplored in humans. To establish a potential susceptibility of circulating immune cells to MPXV, we exposed human PBMCs from healthy donors ex vivo to a currently circulating MPXV clade IIb virus isolate in absence and presence of IFN-α2a. qPCR of DNA extracted from cell lysates, but less from supernatants, revealed increasing MPXV DNA quantities that peaked at five to six days post-exposure, suggesting susceptibility of PBMCs to infection. IFN-α2a pretreatment markedly reduced the quantity of MPXV DNA, suggesting that infection is sensitive to type I IFNs. Plaque assays from supernatants showed that infection gave rise to de novo production of infectious MPXV. In virus-inclusive scRNA-sequencing, monocytes, cycling NK cells and regulatory CD4+ T-cells scored positive for viral RNA, suggesting that these are the MPXV-susceptible cell types within the human PBMC population. Analysis of differentially expressed genes displayed a pronounced downregulation of expression pathways driving innate immunity in MPXV-infected cells, a well-established feature of poxviral infection. Pretreatment of PBMCs with current antivirals Cidofovir and Tecovirimat resulted in reduced amounts of viral antigen production and of released infectivity, suggesting suitability of the human PBMC infection model as a platform for evaluation of current and future antivirals and justifying trials to investigate Cidofovir and Tecovirimat as drugs reducing intra-patient viral spread. Together, our data suggest that human PBMCs are productively infected by MPXV which is accompanied by significant modulation of the cellular milieu. Our results have the potential to illuminate aspects of intra-host propagation of MPXV that may involve a lymphohematogenous route for replication and/or intra-host dissemination.

ABSTRACT Inhibitors of bromodomain and extra-terminal proteins (iBETs), including JQ-1, have been suggested as potential therapeutics against SARS-CoV-2 infection. However, molecular mechanisms underlying JQ-1-induced antiviral activity and its susceptibility to viral antagonism remain incompletely understood. iBET treatment transiently inhibited infection by SARS-CoV-2 variants and SARS-CoV, but not MERS-CoV. Our functional assays confirmed JQ-1-mediated downregulation of ACE2 expression and multi-omics analysis uncovered induction of an antiviral NRF-2-mediated cytoprotective response as an additional antiviral component of JQ-1 treatment. Serial passaging of SARS-CoV-2 in the presence of JQ-1 resulted in predominance of ORF6-deficient variants. JQ-1 antiviral activity was transient in human bronchial airway epithelial cells (hBAECs) treated prior to infection and absent when administered therapeutically. We propose that JQ-1 exerts pleiotropic effects that collectively induce a transient antiviral state that is ultimately nullified by an established SARS-CoV-2 infection, raising questions on their clinical suitability in the context of COVID-19.