Many cytokines activate two highly homologous Stat proteins, 5a and 5b. Mice deficient in both genes lack all growth hormone and prolactin functions but retain functions associated with cytokines such as erythropoietin. Here, we demonstrate that, while lymphoid development is normal, Stat5a/b mutant peripheral T cells are profoundly deficient in proliferation and fail to undergo cell cycle progression or to express genes controlling cell cycle progression. In addition, the mice lack NK cells, develop splenomegaly, and have T cells with an activated phenotype, phenotypes seen in IL-2 receptor beta chain-deficient mice. These phenotypes are not seen in mice lacking Stat5a or Stat5b alone. The results demonstrate that the Stat5 proteins, redundantly, are essential mediators of IL-2 signaling in T cells.

Many receptors activate phospholipase Cγ1 or -γ2. To assess the role of PLCγ2, we derived enzyme-deficient mice. The mice are viable but have decreased mature B cells, a block in pro-B cell differentiation, and B1 B cell deficiency. IgM receptor–induced Ca2+ flux and proliferation to B cell mitogens are absent. IgM, IgG2a, and IgG3 levels are reduced, and T cell–independent antibody production is absent. The similarity to Btk- or Blnk-deficient mice demonstrates that PLCγ2 is downstream in Btk/Blnk signaling. FcRγ signaling is also defective, resulting in a loss of collagen-induced platelet aggregation, mast cell FcεR function, and NK cell FcγRIII and 2B4 function. The results define a signal transduction pathway broadly utilized by immunoglobulin superfamily receptors.

Abstract Detection of antibodies to upper respiratory pathogens is critical to surveillance, assessment of the immune status of individuals, vaccine development, and basic biology. The urgent need for antibody detection tools has proven particularly acute in the COVID-19 era. We report a multiplex label-free antigen microarray on the Arrayed Imaging Reflectometry (AIR) platform for detection of antibodies to SARS-CoV-2, SARS-CoV-1, MERS, three circulating coronavirus strains (HKU1, 229E, OC43) and three strains of influenza. We find that the array is readily able to distinguish uninfected from convalescent COVID-19 subjects, and provides quantitative information about total Ig, as well as IgG- and IgM-specific responses.

ABSTRACT Avian H5 influenza is an emerging influenza strain with the potential for human pandemic spread. One unresolved issue in pandemic vaccine preparedness is to what extent a vaccine recall response depends on the interval between the priming and boosting vaccinations. In this study, we analyzed the anti-H5 HA IgG responses to an H5 A/Indonesia/5/2005 boosting vaccination in three cohorts: (1) a short interval boosting cohort that received a prime and boost 28 days apart, (2) a long-interval boosting cohort that received an H5 A/Vietnam/203/2004 priming vaccination 5 years before boosting, and (3) a double long-boost cohort that received single doses of all three vaccines separated by 5-6 year intervals. Anti-HA IgG levels were measured using a multiple-plex assay against 21 H5 and 16 seasonal strains covering both influenza phylogenetic groups. We used the antigentic distance between the vaccine strain and each HA in the assay panel to de1ne the antibody response landscape. Both single and double long-interval boosting with the H5 variant vaccine elicited a broad antibody response to all H5 subtype strains, and double boosting resulted in sustained, vaccine-speci1c, anti-HA IgG levels over a six month period. Antibody-mediated immune responses were shaped by prior H5 exposure history, and the magnitude of both vaccine speci1c and cross-reactive anti-H5 HA IgG responses was highly correlated with the relative antigenic distance between the measured and the vaccine HAs. We conclude that the relative antibody landscape method can be used to quantify the phenomenon of antigenic imprinting on human influenza vaccine immune responses. IMPORTANCE A signi1cant obstacle to development of a universal influenza vaccine is understanding the relationship between multidimensional host humoral immunity, prior antigen exposure, and viral antigenicity. In this study, we used a multiplexed antibody assay to measure antibody cross-reactivities against antigenically similar H5 influenza virus strains. This work uses a novel method, relative antibody landscapes, to analyze the relationship between immune response and antigenic distance between the target H5 vaccine HA and other HAs in the assay after a boosting vaccination. This method improves analysis of immune responses by relating antigen exposure history to the influenza vaccination antibody response. This study also revealed that multiple vaccine boosting over several years can generate high levels of long-lasting cross-reactive antibodies against the priming H5 strains vaccine that subjects received, suggesting the HA imprinting mechanism(s) have a strong influence in the adult antibody response to H5 MIV vaccination.

Background: Successful vaccination against the H1N1 Influenza A virus has required the continuous development of new vaccines that are antigenically similar to currently circulating strains. Vaccine strategies that can increase the cross-reactivity of the antibody response, especially to conserved regions, are essential to creating long-lasting immunity to H1N1 viruses. How pre-existing immunity affects vaccine-induced antibody cross-reactivity is still not well understood. Methods: An immunological shape space of antigenic sites of hemagglutinin (HA) was constructed using viral sequence data. A Gillespie Algorithm-based model of the humoral immune system was used to simulate B cell responses to A/California/07/2009 (CA09) HA antigen after prior immunization with an antigenically similar or dissimilar strain. The effect of pre-existing memory B cells and antibody on the resulting antibody responses was interrogated. Results: We found increased levels of highly-cross-reactive antibodies after immunization with antigenically dissimilar strains. This increase was dependent on pre-existing memory B cells. Furthermore, pre-existing antibody also interfered with the cross-reactive antibody response, but this effect occurred irrespective of the priming antigen. Conclusion: These findings suggest that vaccination by divergent strains will boost highly-cross-reactive antibodies by selectively targeting memory B cells specific to conserved antigenic sites and by reducing the negative interference caused by pre-existing antibody.

ABSTRACT The high susceptibility of humans to SARS-CoV-2 infection, the cause of COVID-19, reflects the novelty of the virus and limited preexisting B cell immunity. IgG against the SARS-CoV-2 spike (S) protein, which carries the novel receptor binding domain (RBD), is absent or at low levels in unexposed individuals. To better understand the B cell response to SARS-CoV-2 infection, we asked whether virus-reactive memory B cells (MBCs) were present in unexposed subjects and whether MBC generation accompanied virus-specific IgG production in infected subjects. We analyzed sera and PBMCs from non-SARS-CoV-2-exposed healthy donors and COVID-19 convalescent subjects. Serum IgG levels specific for SARS-CoV-2 proteins (S, including the RBD and S2 subunit, and nucleocapsid [N]) and non-SARS-CoV-2 proteins were related to measurements of circulating IgG MBCs. Anti-RBD IgG was absent in unexposed subjects. Most unexposed subjects had anti-S2 IgG and a minority had anti-N IgG, but IgG MBCs with these specificities were not detected, perhaps reflecting low frequencies. Convalescent subjects had high levels of IgG against the RBD, S2, and N, together with large populations of RBD- and S2-reactive IgG MBCs. Notably, IgG titers against the S protein of the human coronavirus OC43 in convalescent subjects were higher than in unexposed subjects and correlated strongly with anti-S2 titers. Our findings indicate cross-reactive B cell responses against the S2 subunit that might enhance broad coronavirus protection. Importantly, our demonstration of MBC induction by SARS-CoV-2 infection suggests that a durable form of B cell immunity is maintained even if circulating antibody levels wane. IMPORTANCE Recent rapid worldwide spread of SARS-CoV-2 has established a pandemic of potentially serious disease in the highly susceptible human population. Key questions are whether humans have preexisting immune memory that provides some protection against SARS-CoV-2 and whether SARS-CoV-2 infection generates lasting immune protection against reinfection. Our analysis focused on pre- and post-infection IgG and IgG memory B cells (MBCs) reactive to SARS-CoV-2 proteins. Most importantly, we demonstrate that infection generates both IgG and IgG MBCs against the novel receptor binding domain and the conserved S2 subunit of the SARS-CoV-2 spike protein. Thus, even if antibody levels wane, long-lived MBCs remain to mediate rapid antibody production. Our study also suggests that SARS-CoV-2 infection strengthens preexisting broad coronavirus protection through S2-reactive antibody and MBC formation.

ABSTRACT Prime-boost vaccinations of humans with different H5 strains have generated broadly protective antibody levels. However, the effect of an individual’s H5 exposure history on antibody responses to subsequent H5 vaccination is poorly understood. To investigate this, we analyzed the IgG response to H5 A/Indonesia/5/2005 (Ind05) vaccination in three cohorts: (1) a double primed group that received two H5 vaccinations: A/Vietnam/203/2004 (Vie04) 5 years ago and A/Hong Kong/156/1997 (HK97) 11 years ago, (2) a single primed group that received Vie04 5 years ago, and (3) an H5-naïve group that received two doses of the Ind05 vaccine 28 days apart. Hemagglutinin (HA)-reactive IgG levels were estimated by multiplex assay against an HA panel that included 21 H5 strains and 9 other strains representing H1, H3, H7, and H9 subtypes. Relative HA antibody landscapes were generated to quantitatively analyze the magnitude and breadth of antibody binding after vaccination. We found that short-interval prime-boosting with the Ind05 in the naïve group generated a low anti-H5 response. Both primed groups generated robust antibody responses reactive to a broad range of H5 strains after boosting with Ind05; IgG antibody levels persisted longer in subjects who had been double primed years ago. Notably, the IgG responses were strongest against the first priming H5 strain, that reflecting influenza virus immune imprinting. Finally, the broad anti-H5 IgG response was stronger against strains having a small antigenic distance to the initial priming strain. IMPORTANCE The antigenic shift and draft of hemagglutinin (HA) in influenza viruses is accepted as one of the major reasons for immune evasion. The analysis of B cell immune responses to influenza infection and vaccination is complicated by the impact of exposure history and antibody cross-reaction between antigenically similar influenza strains. To assist in such analyses, the influenza “antibody landscape” method has been used to analyze and visualize the relationship of antibody mediated immunity to the antigenic distance between influenza strains. In this study, we describe a “relative antibody landscape” method, calculating the antigenic distance between the vaccine influenza strain and other H5 strains, and using this relative antigenic distance to plot with the anti-H5 IgG levels post-vaccination. This new method quantitatively estimates and visualizes the correlation between the humoral response to a particular influenza strain, and the antigenic distance to other strains. Our findings demonstrate the effect of H5 exposure history on H5 vaccine responses quantified by the relative antibody landscape method.