Identification and characterization of antigen-specific T lymphocytes during the course of an immune response is tedious and indirect. To address this problem, the peptide-major histocompatability complex (MHC) ligand for a given population of T cells was multimerized to make soluble peptide-MHC tetramers. Tetramers of human lymphocyte antigen A2 that were complexed with two different human immunodeficiency virus (HIV)-derived peptides or with a peptide derived from influenza A matrix protein bound to peptide-specific cytotoxic T cells in vitro and to T cells from the blood of HIV-infected individuals. In general, tetramer binding correlated well with cytotoxicity assays. This approach should be useful in the analysis of T cells specific for infectious agents, tumors, and autoantigens.

Viral infections induce extensive T cell proliferation in vivo, but the specificity of the majority of the responding T cells has not been defined. To address this issue we used tetramers of MHC class I molecules containing viral peptides to directly visualize antigen-specific CD8 T cells during acute LCMV infection of mice. Based on tetramer binding and two sensitive assays measuring interferon-γ production at the single-cell level, we found that 50%–70% of the activated CD8 T cells were LCMV specific (2 × 107 virus-specific cells/spleen). Following viral clearance, antigen-specific CD8 T cell numbers dropped to 106 per spleen and were maintained at this level for the life of the mouse. Upon rechallenge with LCMV, there was rapid expansion of memory T cells, but after infection with the heterologous vaccinia virus there was no detectable change in the numbers of LCMV-specific memory CTL. Therefore, much of the CD8 T cell expansion seen during viral infection represents antigen-specific cells and warrants a revision of our current thinking on the size of the antiviral response.

We examined the regulation of virus-specific CD8 T cell responses during chronic lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) infection of mice. Our study shows that within the same persistently infected host, different mechanisms can operate to silence antiviral T cell responses; CD8 T cells specific to one dominant viral epitope were deleted, whereas CD8 T cells responding to another dominant epitope persisted indefinitely. These virus-specific CD8 T cells expressed activation markers (CD69(hi), CD44(hi), CD62Llo) and proliferated in vivo but were unable to elaborate any antiviral effector functions. This unresponsive phenotype was more pronounced under conditions of CD4 T cell deficiency, highlighting the importance of CD8- CD4 T cell collaboration in controlling persistent infections. Importantly, in the presence of CD4 T cell help, adequate CD8 effector activity was maintained and the chronic viral infection eventually resolved. The persistence of activated virus-specific CD8 T cells without effector function reveals a novel mechanism for silencing antiviral immune responses and also offers new possibilities for enhancing CD8 T cell immunity in chronically infected hosts.

Heterologous prime/boost regimens have the potential for raising high levels of immune responses. Here we report that DNA priming followed by a recombinant modified vaccinia Ankara (rMVA) booster controlled a highly pathogenic immunodeficiency virus challenge in a rhesus macaque model. Both the DNA and rMVA components of the vaccine expressed multiple immunodeficiency virus proteins. Two DNA inoculations at 0 and 8 weeks and a single rMVA booster at 24 weeks effectively controlled an intrarectal challenge administered 7 months after the booster. These findings provide hope that a relatively simple multiprotein DNA/MVA vaccine can help to control the acquired immune deficiency syndrome epidemic.

Coronary revascularization guided by fractional flow reserve (FFR) is associated with better patient outcomes after the procedure than revascularization guided by angiography alone. It is unknown whether the instantaneous wave-free ratio (iFR), an alternative measure that does not require the administration of adenosine, will offer benefits similar to those of FFR.

An understanding of how T cell memory is maintained is crucial for the rational design of vaccines. Memory T cells were shown to persist indefinitely in major histocompatibility complex (MHC) class I–deficient mice and retained the ability to make rapid cytokine responses upon reencounter with antigen. In addition, memory CD8 T cells, unlike naı̈ve cells, divided without MHC–T cell receptor interactions. This “homeostatic” proliferation is likely to be important in maintaining memory T cell numbers in the periphery. Thus, after naı̈ve CD8 T cells differentiate into memory cells, they evolve an MHC class I–independent “life-style” and do not require further stimulation with specific or cross-reactive antigen for their maintenance.

Human immunodeficiency virus (HIV) and simian immunodeficiency virus (SIV) infections are characterized by early peaks of viraemia that decline as strong cellular immune responses develop1,2. Although it has been shown that virus-specific CD8-positive cytotoxic T lymphocytes (CTLs) exert selective pressure during HIV and SIV infection3,4,5,6,7,8,9,10,11, the data have been controversial12,13. Here we show that Tat-specific CD8-positive T-lymphocyte responses select for new viral escape variants during the acute phase of infection. We sequenced the entire virus immediately after the acute phase, and found that amino-acid replacements accumulated primarily in Tat CTL epitopes. This implies that Tat-specific CTLs may be significantly involved in controlling wild-type virus replication, and suggests that responses against viral proteins that are expressed early during the viral life cycle might be attractive targets for HIV vaccine development.

Virus-specific CD8+ effector T cells (eCTL) are enriched in the lungs of mice with primary influenza pneumonia, though later detection of memory T cells (mCTL) in the mediastinal lymph nodes (MLN) or spleen by peptide-based staining protocols is at the limits of flow cytometric analysis. Respiratory challenge with an H3N2 virus months after H1N1 priming induces a massive recall response, which reduces virus titers 2-3 days earlier than in nave controls. Influenza-specific mCTL produce interferon-gamma within 6 hr, but still take 4-5 days to localize to the infected respiratory tract. The delay reflects that the recall response develops first in the MLN, which contains relatively few mCTL. The response to a subdominant epitope is less obvious after secondary challenge.

To explore the human T cell response to acute viral infection, we performed a longitudinal analysis of CD8+ T cells responding to the live yellow fever virus and smallpox vaccines—two highly successful human vaccines. Our results show that both vaccines generated a brisk primary effector CD8+ T cell response of substantial magnitude that could be readily quantitated with a simple set of four phenotypic markers. Secondly, the vaccine-induced T cell response was highly specific with minimal bystander effects. Thirdly, virus-specific CD8+ T cells passed through an obligate effector phase, contracted more than 90% and gradually differentiated into long-lived memory cells. Finally, these memory cells were highly functional and underwent a memory differentiation program distinct from that described for human CD8+ T cells specific for persistent viruses. These results provide a benchmark for CD8+ T cell responses induced by two of the most effective vaccines ever developed.

The constraint of fitting a diverse repertoire of antigen specificities in a limited total population of lymphocytes results in the frequency of naive cells specific for any given antigen (defined as the precursor frequency) being below the limit of detection by direct measurement. We have estimated this precursor frequency by titrating a known quantity of antigen-specific cells into naive recipients. Adoptive transfer of naive antigen-specific T cell receptor transgenic cells into syngeneic nontransgenic recipients, followed by stimulation with specific antigen, results in activation and expansion of both donor and endogenous antigen-specific cells in a dose-dependent manner. The precursor frequency is equal to the number of transferred cells when the transgenic and endogenous responses are of equal magnitude. Using this method we have estimated the precursor frequency of naive CD8 T cells specific for the H-2Db–restricted GP33–41 epitope of LCMV to be 1 in 2 × 105. Thus, in an uninfected mouse containing ∼2-4 × 107 naive CD8 T cells we estimate there to be 100–200 epitope-specific cells. After LCMV infection these 100–200 GP33-specific naive CD8 T cells divide >14 times in 1 wk to reach a total of ∼107 cells. Approximately 5% of these activated GP33-specific effector CD8 T cells survive to generate a memory pool consisting of ∼5 × 105 cells. Thus, an acute LCMV infection results in a >1,000-fold increase in precursor frequency of DbGP33-specific CD8 T cells from 2 × 102 naive cells in uninfected mice to 5 × 105 memory cells in immunized mice.