Abstract Severe dengue (SD) is a major cause of morbidity and mortality impacting approximately 5 million of the 400 million people infected with dengue virus (DENV) annually. To define DENV target cells and immunological hallmarks of SD progression in children’s blood, we integrated virus-inclusive single cell RNA-Seq 2 (viscRNA-Seq 2) with functional assays. Beyond myeloid cells, in natural infection, B cells harbor replicating DENV capable of infecting permissive cells. Alterations in cell type abundance, gene and protein expression and secretion, and cell-cell communications point towards increased migration and inflammation in SD progressors (SDp). Concurrently, antigen presenting cells from SDp demonstrate intact uptake, yet impaired interferon responses and antigen presentation, in part DENV-modulated. Increased activation, regulation, and exhaustion of effector responses and expansion of HLA-DR-expressing, possibly compensatory, adaptive-like NK cells also characterize SDp. These findings reveal DENV target cells in the human blood and provide insight into SD pathogenesis beyond antibody-mediated enhancement.

Abstract Background and Aims Unresolved hepatitis B virus (HBV) infection leads to a progressive state of immune exhaustion that impairs resolution of infection, leading to chronic infection (CHB). The immune-competent AAV-HBV mouse is a common HBV preclinical immune competent model, though a comprehensive characterization of the liver immune microenvironment and its translatability to human infection is still lacking. We investigated the intrahepatic immune profile of the AAV-HBV mouse model at a single-cell level and compared with data from CHB patients in immune tolerant (IT) and immune active (IA) clinical stages. Methods Immune exhaustion was profiled through an iterative subclustering approach for cell-typing analyses of single-cell RNA-sequencing data in CHB donors and compared to the AAV-HBV mouse model 24-weeks post-transduction to assess its translatability. This was validated using an exhaustion flow cytometry panel at 40 weeks post-transduction. Results Using single-cell RNA-sequencing, CD8 pre-exhausted T-cells with self-renewing capacity ( TCF7 +), and terminally exhausted CD8 T-cells ( TCF7 -) were detected in the AAV-HBV model. These terminally exhausted CD8 T-cells (expressing Pdcd1 , Tox , Lag3 , Tigit ) were significantly enriched versus control mice and independently identified through flow cytometry. Importantly, comparison to CHB human data showed a similar exhausted CD8 T-cell population in IT and IA donors, but not in healthy individuals. Conclusions Long term high titer AAV-HBV mouse liver transduction led to T-cell exhaustion, as evidenced by expression of classical immune checkpoint markers at mRNA and protein levels. In both IT and IA donors, a similar CD8 exhausted T-cell population was identified, with increased frequency observed in IA donors. These data support the use of the AAV-HBV mouse model to study T-cell exhaustion in HBV infection and the effect of immune-based therapeutic interventions. Lay Summary The AAV-HBV mouse model is used as a research tool to study hepatitis B infection. In this study we evaluated the translation value from mouse to human with regards to T-cell exhaustion. Highlights AAV-HBV mice transduced with a high titer vector showed presence of CD8 exhausted T-cells after 24 weeks. High titer transduced mice, but not lower titer show increased expression of LAG-3, TOX, TIM-3 and TIGIT in CD8 T-cells. PD-1 was increased in CD8 T-cells, independent of HBV transduction titer. A similar exhausted CD8 T-cell population could be found in chronic HBV donors, but not in healthy individuals. Graphical abstract

ABSTRACT Viral pandemics and epidemics pose a significant global threat, with emerging and re-emerging viruses responsible for four pandemics in the 21st century alone. While macaques have been utilized as a model for understanding viral disease in a controlled setting, it remains unclear how conserved the antiviral responses to diverse viruses are between macaques and humans. To address this critical knowledge gap, we conducted a comprehensive cross-species analysis of transcriptomic data from over 6000 blood samples from macaques and humans infected with one of 31 viruses, including Lassa, Ebola, Marburg, Zika, and dengue. Our findings demonstrate that irrespective of primate or viral species, there are conserved antiviral responses which are consistent regardless of infection phase (acute, chronic, or latent) and viral genome type (DNA or RNA viruses). Moreover, by leveraging longitudinal data from experimental challenges, we identified virus-specific response dynamics such as host responses to Coronaviridae and Orthomyxoviridae infections peaking 1-3 days earlier than responses to Filoviridae and Arenaviridae viral infections. Additionally, through comparative analysis of immune responses across viruses, we identified a unique enrichment of lymphoid cellular response modules in macaque Flaviviridae infection that persists in human responses to dengue. Our results underscore macaque studies as a powerful tool for gaining new insights into viral pathogenesis and immune responses that translate to humans, which can inform viral therapeutic development and enable pandemic preparedness. One sentence summary Using longitudinal macaque viral challenge studies, we identified shared and virus-specific responses to infection that replicate in human viral disease - thereby demonstrating the utility of macaque models of viral infection to understand antiviral biology and for pandemic preparedness.

No vaccines or antivirals are approved against Venezuelan equine encephalitis virus (VEEV) infection in humans. To improve our understanding of VEEV-host interactions, we simultaneously profiled host transcriptome and viral RNA (vRNA) in thousands of single cells during infection of human astrocytes. Host transcription was suppressed, and “superproducer cells” with extreme vRNA abundance and altered transcriptome emerged during the first viral life cycle. Cells with increased structural-to-nonstructural transcript ratio demonstrated upregulation of trafficking genes at later time points. Loss- and gain-of-function experiments confirmed pro- and antiviral host factors. Single-cell deep sequencing analysis identified a viral E3 protein mutation altering host gene expression. Lastly, comparison with data from other viruses highlighted common and unique pathways perturbed by infection across evolutionary scales. This study provides a high-resolution characterization of the cellular response to VEEV infection, identifies candidate targets for antivirals, and establishes a comparative single-cell approach to study the evolution of virus-host interactions.