SUMMARY The majority of SARS-CoV-2 infections among healthy individuals result in asymptomatic to mild disease. However, the immunological mechanisms defining effective lung tissue protection from SARS-CoV-2 infection remain elusive. Unlike mice solely engrafted with human fetal lung xenograft (fLX), mice co-engrafted with fLX and a myeloid-enhanced human immune system (HNFL mice) are protected against SARS-CoV-2 infection, severe inflammation, and histopathology. Effective control of viral infection in HNFL mice associated with significant macrophage infiltration, and the induction of a potent macrophage-mediated interferon response. The pronounced upregulation of the USP18-ISG15 axis (a negative regulator of IFN responses), by macrophages was unique to HNFL mice and represented a prominent correlate of reduced inflammation and histopathology. Altogether, our work shed light on unique cellular and molecular correlates of lung tissue protection during SARS-CoV-2 infection, and underscores macrophage IFN responses as prime targets for developing immunotherapies against coronavirus respiratory diseases. HIGHLIGHTS Mice engrafted with human fetal lung xenografts (fLX-mice) are highly susceptible to SARS-CoV-2. Co-engraftment with a human myeloid-enriched immune system protected fLX-mice against infection. Tissue protection was defined by a potent and well-balanced antiviral response mediated by infiltrating macrophages. Protective IFN response was dominated by the upregulation of the USP18-ISG15 axis.

Abstract Next generation sequencing has revealed the presence of many RNA viruses in animal reservoir hosts, including many closely related to known human pathogens. Despite their zoonotic potential, many of these viruses remain understudied due to not yet being cultured. While reverse genetic systems can facilitate virus rescue, this is often hindered by missing viral genome ends. A prime example is Lloviu virus (LLOV), an uncultured filovirus that is closely related to the highly pathogenic Ebola virus. Using minigenome systems, we complemented the missing LLOV genomic ends and identified cis-acting elements required for LLOV replication that were lacking in the published sequence. We leveraged these data to generate recombinant full-length LLOV clones and rescue infectious virus. Recombinant LLOV (rLLOV) displays typical filovirus features, as shown by electron microscopy. Known target cells of Ebola virus, including macrophages and hepatocytes, are permissive to rLLOV infection, suggesting that humans could be potential hosts. However, inflammatory responses in human macrophages, a hallmark of Ebola virus disease, are not induced by rLLOV. We also used rLLOV to test antivirals targeting multiple facets of the replication cycle. Rescue of uncultured viruses of pathogenic concern represents a valuable tool in our arsenal against pandemic preparedness.

ABSTRACT The recurring emergence of novel respiratory viruses has highlighted our poor understanding of the human immune mechanisms governing the resolution of lung infection in an immunologically naïve context. Using SARS-CoV-2 as a prototypical emerging respiratory virus, we leveraged mice co-engrafted with a genetically matched fetal lung xenograft (fLX) and a human immune system (BLT-L mice) to investigate such mechanisms. While BLT-L mice effectively resolve SARS-CoV-2 infection following acute viral replication in fLX, viral clearance is robustly abrogated through systemic depletion of CD4+, but not CD3+ or CD8+ cells, resulting in persistent infection. Leveraging single-cell transcriptomics to uncover the CD4-expressing subsets driving infection resolution, we identified a novel subset of lung extravascular inflammatory monocytes (ExiMO) with antiviral functions. ExiMO are the dominant CD163-expressing myeloid population emerging in fLX upon acute infection and derive from recruited circulating CD4+ monocytes. They are highly enriched in viral RNA and elicit a robust antiviral response before vanishing from tissues when infection resolves. Notably, systemic CD4+ cell depletion results in impaired recruitment of CD163+ cells into fLX and leads to a state of immune tolerance and chronic infection defined by the absence of ExiMO antiviral responses. Together, our study uncovers ExiMO as major sentinels driving SARS-CoV-2 infection resolution in human lung tissues without pre-existing immunity. This work expands our understanding of lung extravascular monocytes and unravels novel facets of the cellular determinants governing our vulnerability to viral respiratory pathogens. One sentence summary We identified a novel human subset of lung extravascular monocytes with antiviral functions that play a critical role in resolving SARS-CoV-2 infection from human lung tissues in an immunologically naïve context.