Background & AimsThe composition of the gut microbiome is affected by host phenotype, genotype, immune function, and diet. Here, we used the phenotype of RELMβ knockout (KO) mice to assess the influence of these factors.MethodsBoth wild-type and RELMβ KO mice were lean on a standard chow diet, but, upon switching to a high-fat diet, wild-type mice became obese, whereas RELMβ KO mice remained comparatively lean. To investigate the influence of diet, genotype, and obesity on microbiome composition, we used deep sequencing to characterize 25,790 16S rDNA sequences from uncultured bacterial communities from both genotypes on both diets.ResultsWe found large alterations associated with switching to the high-fat diet, including a decrease in Bacteroidetes and an increase in both Firmicutes and Proteobacteria. This was seen for both genotypes (ie, in the presence and absence of obesity), indicating that the high-fat diet itself, and not the obese state, mainly accounted for the observed changes in the gut microbiota. The RELMβ genotype also modestly influenced microbiome composition independently of diet. Metagenomic analysis of 537,604 sequence reads documented extensive changes in gene content because of a high-fat diet, including an increase in transporters and 2-component sensor responders as well as a general decrease in metabolic genes. Unexpectedly, we found a substantial amount of murine DNA in our samples that increased in proportion on a high-fat diet.ConclusionsThese results demonstrate the importance of diet as a determinant of gut microbiome composition and suggest the need to control for dietary variation when evaluating the composition of the human gut microbiome. The composition of the gut microbiome is affected by host phenotype, genotype, immune function, and diet. Here, we used the phenotype of RELMβ knockout (KO) mice to assess the influence of these factors. Both wild-type and RELMβ KO mice were lean on a standard chow diet, but, upon switching to a high-fat diet, wild-type mice became obese, whereas RELMβ KO mice remained comparatively lean. To investigate the influence of diet, genotype, and obesity on microbiome composition, we used deep sequencing to characterize 25,790 16S rDNA sequences from uncultured bacterial communities from both genotypes on both diets. We found large alterations associated with switching to the high-fat diet, including a decrease in Bacteroidetes and an increase in both Firmicutes and Proteobacteria. This was seen for both genotypes (ie, in the presence and absence of obesity), indicating that the high-fat diet itself, and not the obese state, mainly accounted for the observed changes in the gut microbiota. The RELMβ genotype also modestly influenced microbiome composition independently of diet. Metagenomic analysis of 537,604 sequence reads documented extensive changes in gene content because of a high-fat diet, including an increase in transporters and 2-component sensor responders as well as a general decrease in metabolic genes. Unexpectedly, we found a substantial amount of murine DNA in our samples that increased in proportion on a high-fat diet. These results demonstrate the importance of diet as a determinant of gut microbiome composition and suggest the need to control for dietary variation when evaluating the composition of the human gut microbiome.

Recent studies have suggested that bacteria associated with the placenta—a “placental microbiome”—may be important in reproductive health and disease. However, a challenge in working with specimens with low bacterial biomass, such as placental samples, is that some or all of the bacterial DNA may derive from contamination in dust or commercial reagents. To investigate this, we compared placental samples from healthy deliveries to a matched set of contamination controls, as well as to oral and vaginal samples from the same women. We quantified total 16S rRNA gene copies using quantitative PCR and found that placental samples and negative controls contained low and indistinguishable copy numbers. Oral and vaginal swab samples, in contrast, showed higher copy numbers. We carried out 16S rRNA gene sequencing and community analysis and found no separation between communities from placental samples and contamination controls, though oral and vaginal samples showed characteristic, distinctive composition. Two different DNA purification methods were compared with similar conclusions, though the composition of the contamination background differed. Authentically present microbiota should yield mostly similar results regardless of the purification method used—this was seen for oral samples, but no placental bacterial lineages were (1) shared between extraction methods, (2) present at >1 % of the total, and (3) present at greater abundance in placental samples than contamination controls. We conclude that for this sample set, using the methods described, we could not distinguish between placental samples and contamination introduced during DNA purification.

U1 snRNP (U1), in addition to its splicing role, protects pre-mRNAs from drastic premature termination by cleavage and polyadenylation (PCPA) at cryptic polyadenylation signals (PASs) in introns. Here, a high-throughput sequencing strategy of differentially expressed transcripts (HIDE-seq) mapped PCPA sites genome wide in divergent organisms. Surprisingly, whereas U1 depletion terminated most nascent gene transcripts within ~1 kb, moderate functional U1 level decreases, insufficient to inhibit splicing, dose-dependently shifted PCPA downstream and elicited mRNA 3' UTR shortening and proximal 3' exon switching characteristic of activated immune and neuronal cells, stem cells, and cancer. Activated neurons' signature mRNA shortening could be recapitulated by U1 decrease and antagonized by U1 overexpression. Importantly, we show that rapid and transient transcriptional upregulation inherent to neuronal activation physiology creates U1 shortage relative to pre-mRNAs. Additional experiments suggest cotranscriptional PCPA counteracted by U1 association with nascent transcripts, a process we term telescripting, ensuring transcriptome integrity and regulating mRNA length.

Abstract Erythrocytes have long been mistaken as exclusively inert oxygen carriers lacking immune function. Here we show that red blood cells (RBCs) serve as immune sensors through surface expression of the nucleic acid-sensing toll-like receptor 9 (TLR9), a classically endosomal receptor that initiates immune responses following the detection of unmethylated CpG motifs present in pathogen and mitochondrial DNA. Mammalian RBCs express TLR9 on their surface and bind CpG-containing bacterial, malarial, and mitochondrial DNA. Erythrocyte-bound CpG DNA increases during infection, and CpG-carrying RBCs trigger accelerated erythrophagocytosis and innate immune activation characterized by RBC-TLR9 dependent local and systemic cytokine production. Thus, RBC nucleic acid detection and capture regulates red cell clearance and immune responses and provides evidence for RBCs as innate immune sentinels during pathologic states. One Sentence Summary The ability of RBCs to detect and bind cell-free nucleic acids contributes to immunity during acute inflammatory states.

Abstract CD8 + T-cell exhaustion hampers disease control in cancer and chronic infections and limits efficacy of T-cell−based therapies, such as CAR T-cells. Epigenetic reprogramming of CAR T-cells by targeting TET2, a methylcytosine dioxygenase that mediates active DNA demethylation, has shown therapeutic potential; however, the role of TET2 in exhausted T-cell (T EX ) development is unclear. In CAR T-cell exhaustion models and chronic LCMV infection, TET2 drove the conversion from stem cell-like, self-renewing T EX progenitors towards terminally differentiated and effector (T EFF )-like T EX . In mouse T-cells, TET2 -deficient terminally differentiated T EX retained aspects of T EX progenitor biology, alongside decreased expression of the transcription factor TOX, suggesting that TET2 potentiates terminal exhaustion. TET2 also enforced a T EFF -like terminally differentiated CD8 + T-cell state in the early bifurcation between T EFF and T EX , indicating a broad role for TET2 in mediating the acquisition of an effector biology program that could be exploited therapeutically. Finally, we developed a clinically actionable strategy for TET2- targeted CAR T-cells, using CRISPR/Cas9 editing and site-specific adeno-associated virus transduction to simultaneously knock-in a CAR at the TRAC locus and a functional safety switch within TET2 . Disruption of TET2 with this safety switch in CAR T-cells restrained terminal T EX differentiation in vitro and enhanced anti-tumor responses in vivo . Thus, TET2 regulates pivotal fate transitions in T EX differentiation and can be targeted with a safety mechanism in CAR T-cells for improved tumor control and risk mitigation. One Sentence Summary Modulation of exhausted CD8 + T-cell differentiation by targeting TET2 improves therapeutic potential of CAR T-cells in cancer.

Abstract The ongoing SARS-CoV-2 pandemic has been marked with emerging viral variants, some of which were designated as variants of concern (VOCs) due to their selection and rapid circulation in the human population. Here we elucidate functional features of each VOC linked to variations in growth during infection. Patient-derived primary nasal cultures grown at air-liquid-interface (ALI) were used to model upper-respiratory infection, and human lung epithelial cell lines used to model lower-respiratory infection. All VOCs replicated to higher titers than the ancestral virus, suggesting a selection for replication efficiency. In primary nasal ALI cultures, Omicron replicated to the highest titers at early time points, followed by Delta, paralleling comparative studies of patient samples. All SARS-CoV-2 viruses entered the cell primarily via a transmembrane serine protease 2 (TMPRSS2)-dependent pathway, and Omicron was more likely to use an endosomal route of entry. All VOCs overcame dsRNA-activated cellular responses including interferon signaling, oligoadenylate ribonuclease L (OAS-RNase L) degradation and protein kinase R (PKR) activation. Infections in nasal ALI resulted in damage to nasal cells such as a compromise of cell-barrier integrity and loss of nasal cilia and ciliary beating function, especially with Delta infections. Overall, Omicron replication was optimized for growth in the upper-respiratory system and least-favorable in the lower-respiratory cell line; and Delta was the most cytopathic for both upper and lower respiratory cells. Our findings highlight the functional differences among VOCs and illuminate distinct mechanisms of pathogenesis in infected individuals. Significance Statement In a comparative analysis of infections by SARS-CoV-2 ancestral virus and variants of concern including Alpha, Beta, Delta and Omicron, we found that variants are selected for efficiency in replication. In infections of patient-derived primary nasal cultures grown at air-liquid-interface (ALI) to model upper-respiratory infection, we show that Omicron reached highest titers at early time points, a finding that is confirmed by parallel studies of patient sampling. In both primary nasal cells and lower-respiratory cell lines infections by Delta are most damaging to the cells as indicated by syncytia formation and loss of nasal ciliary function.

Abstract HIV-1 and its SIV precursors share a broadly neutralizing antibody (bNAb) epitope in variable loop 2 (V2) at the envelope glycoprotein (Env) trimer apex. Here, we tested the immunogenicity of germline-targeting versions of a chimpanzee SIV (SIVcpz) Env in human V2-apex bNAb heavy-chain precursor-expressing knock-in mice and as chimeric simian-chimpanzee immunodeficiency viruses (SCIVs) in rhesus macaques (RMs). Trimer immunization of knock-in mice induced V2-directed NAbs, indicating activation of V2-apex bNAb precursor-expressing mouse B cells. SCIV infection of RMs elicited high-titer viremia, potent autologous tier 2 neutralizing antibodies, and rapid sequence escape in the canonical V2-apex epitope. Six of seven animals also developed low-titer heterologous plasma breadth that mapped to the V2-apex. Antibody cloning from two of these identified multiple expanded lineages with long heavy chain third complementarity determining regions that cross-neutralized as many as 7 of 19 primary HIV-1 strains, but with low potency. Negative stain electron microscopy (NSEM) of members of the two most cross-reactive lineages confirmed V2 targeting but identified an angle of approach distinct from prototypical V2-apex bNAbs, with antibody binding either requiring or inducing an occluded-open trimer. Probing with conformation-sensitive, non-neutralizing antibodies revealed that SCIV-expressed Envs as well as some primary HIV-1 Envs adopted a more open conformation, thereby exposing a conserved V2 epitope that is occluded in closed SIVcpz and HIV-1 Env trimers. These results expand the spectrum of V2-apex targeted antibodies that can contribute to neutralization breadth and identify novel SIV Env platforms for further development as germline-targeting and immunofocusing immunogens. One sentence summary A cryptic V2 epitope in occluded-open HIV and SIV Env trimers is the target of a new class of V2-directed cross-neutralizing antibodies.