Abstract Strain 68-1 rhesus cytomegalovirus (RhCMV) vectors expressing simian immunodeficiency virus (SIV) antigens elicit CD8 + T cells that recognize peptide epitopes presented by major histocompatibility complex (MHC)-II and MHC-E molecules, instead of MHC-Ia, and are uniquely able to mediate stringent control and subsequent clearance of highly pathogenic SIV in ∼50% of vaccinated rhesus macaques (RMs). We show that the MHC-E ligand VMAPRTLLL (VL9), encoded by the Rh67 gene (or its HCMV UL40 counterpart) is required for recognition of RhCMV-infected fibroblasts by MHC-E-restricted CD8 + T cells via its ability to promote intracellular MHC-E transport. Moreover, deletion of Rh67 from 68-1 RhCMV/SIV vectors, or mutation of its embedded VL9 ligand, abrogated induction of MHC-E-restricted CD8 + T cell responses, leaving responses that exclusively target MHC-II-restricted epitopes. These MHC-II-presented CD8 + T cell responses, though comparable in response magnitude and functional differentiation to responses arising from the efficacious 68-1 vector, did not protect RMs against SIV challenge, indicating that Rh67/UL40-enabled direct priming of MHC-E-targeted CD8 + T cells is a crucial element of RhCMV/SIV vaccine efficacy. One Sentence Summary A cytomegalovirus protein (Rh67/UL40) that upregulates MHC-E expression on RhCMV/SIV-vector infected cells is required for induction of MHC-E-restricted CD8 + T cells and for protection against SIV.

Abstract Simian immunodeficiency virus (SIV) insert-expressing, 68-1 Rhesus Cytomegalovirus (RhCMV/SIV) vectors elicit major histocompatibility complex (MHC)-E- and -II-restricted, SIV-specific CD8 + T cell responses, but the basis of these unconventional responses and their contribution to demonstrated vaccine efficacy against SIV challenge in the rhesus monkeys (RMs) has not been characterized. We demonstrate that these unconventional responses resulted from a chance genetic rearrangement in 68-1 RhCMV that abrogated the function of eight distinct immunomodulatory gene products encoded in two RhCMV genomic regions (Rh157.5/.4 and Rh158-161). Differential repair of these genes with either RhCMV-derived or orthologous human CMV (HCMV)-derived sequences (UL128/130; UL146/147) leads to either of two distinct CD8 + T cell response types – MHC-Ia-restricted-only, or a mix of MHC-II- and MHC-Ia-restricted CD8 + T cells. Despite response magnitude and functional differentiation being similar to RhCMV 68-1, neither alternative response type mediated protection against SIV challenge. These findings implicate MHC-E-restricted CD8 + T cell responses as mediators of anti-SIV efficacy and indicate that translation of RhCMV/SIV vector efficacy to humans will likely require deletion of all the genes that inhibit these responses from the HCMV/HIV vector. One-sentence summary Eight genes in two spatially distinct RhCMV gene regions control induction of unconventionally restricted CD8 + T cell responses and the efficacy of RhCMV/SIV vaccine vectors against SIV challenge.

Abstract Simian immunodeficiency virus (SIV) challenge of rhesus macaques (RMs) vaccinated with Rhesus Cytomegalovirus (RhCMV) vectors expressing SIV proteins (RhCMV/SIV) results in a binary outcome: stringent control and subsequent clearance of highly pathogenic SIV in ~55% of vaccinated RMs with no protection in the remaining 45%. Although previous work suggests that unconventionally restricted, SIV-specific, effector-memory (EM)-biased CD8 + T cell responses are necessary for efficacy, the magnitude of these responses does not predict efficacy, and the basis of protection vs. non-protection in RhCMV/SIV vector-vaccinated RMs has not been elucidated. Here, we report that RhCMV/SIV vector administration strikingly alters the whole blood transcriptome of vaccinated RMs, with the sustained induction of specific immune-related pathways, including non-canonical T cell receptor (TCR), toll-lie receptor (TLR), inflammasome/cell death, and interleukin-15 (IL-15) signaling, significantly predicting protection. The IL-15 gene expression signature was further evaluated in an independent RM IL-15 treatment cohort, revealing that in whole blood the response to IL-15 is inclusive of innate and adaptive immune gene expression networks that link with RhCMV/SIV vaccine efficacy. We also show that this IL-15 response signature similarly tracks with vaccine protection in an independent RhCMV/SIV vaccination/SIV challenge RM validation cohort. Thus, the RhCMV/SIV vaccine imparts a coordinated and persistent induction of innate and adaptive immune pathways featuring IL-15, a known regulator of CD8 + T cell function, that enable vaccine-elicited CD8 + T cells to mediate protection against highly pathogenic SIV challenge. Author Summary SIV insert-expressing vaccine vectors based on strain 68-1 RhCMV elicit robust, highly effector-memory-biased T cell responses that are associated with an unprecedented level of SIV control after challenge (replication arrest leading to clearance) in slightly over half of vaccinated monkeys. Since efficacy is not predicted by standard measures of immunogenicity, we used functional genomics analysis of RhCMV/SIV vaccinated monkeys with known challenge outcomes to identify immune correlates of protection. We found that arrest of viral replication after challenge significantly correlates with a vaccine-induced response to IL-15 that includes modulation of T cell, inflammation, TLR signaling, and cell death programming. These data suggest that RhCMV/SIV efficacy is not based on chance, but rather, results from a coordinated and sustained vaccine-mediated induction of innate and adaptive immune pathways featuring IL-15, a known regulator of CD8 + effector-memory T cell function, that enable vaccine-elicited CD8 + T cells to mediate efficacy.

Abstract Cytomegaloviruses (CMVs) are highly adapted to their host species resulting in strict species specificity. Hence, in vivo examination of all aspects of CMV biology employs animal models using host-specific CMVs. Infection of rhesus macaques (RM) with rhesus CMV (RhCMV) has been established as a representative model for infection of humans with HCMV due to the close evolutionary relationships of both host and virus. However, the commonly used 68-1 strain of RhCMV has been passaged in fibroblasts for decades resulting in multiple genomic changes due to tissue culture adaptation that cause reduced viremia in RhCMV-naïve animals and limited shedding compared to low passage isolates. Using sequence information from primary RhCMV isolates we constructed a full-length (FL) RhCMV by repairing all presumed mutations in the 68-1 bacterial artificial chromosome (BAC). Inoculation of adult, immunocompetent, RhCMV-naïve RM with the reconstituted virus resulted in significant replication in the blood similar to primary isolates of RhCMV and furthermore led to extensive viremia in many tissues at day 14 post infection. In contrast, viral dissemination and viremia was greatly reduced upon deletion of genes also lacking in 68-1. Transcriptome analysis of infected tissues further revealed that chemokine-like genes deleted in 68-1 are among the most highly expressed viral transcripts both in vitro and in vivo consistent with an important immunomodulatory function of the respective proteins. We conclude that FL-RhCMV displays in vitro and in vivo characteristics of a wildtype virus while being amenable to genetic modifications through BAC recombineering techniques. Author Summary Human cytomegalovirus (HCMV) infections are generally asymptomatic in healthy immunocompetent individuals, but HCMV can cause serious disease after congenital infection and in individuals with immunocompromised immune systems. Since HCMV is highly species specific and cannot productively infect immunocompetent laboratory animals, experimental infection of rhesus macaques (RM) with rhesus CMV (RhCMV) has been established as a closely related animal model for HCMV. By employing the unique ability of CMV to elicit robust and lasting cellular immunity, this model has also been instrumental in developing novel CMV-based vaccines against chronic and recurring infections with pathogens such as the human immunodeficiency virus (HIV) and Mycobacterium tuberculosis (Mtb) . However, most of this work was conducted with derivatives of the 68-1 strain of RhCMV which has acquired multiple genomic alterations in tissue culture. To model pathogenesis and immunology of clinical HCMV isolates we generated a full-length (FL) RhCMV clone representative of low passage isolates. Infection of RhCMV-naïve RM with FL-RhCMV demonstrated viremia and tissue dissemination that was comparable to that of non-clonal low passage isolates. We further demonstrate that FL-RhCMV is strongly attenuated upon deletion of gene regions absent in 68-1 thus demonstrating the usefulness of FL-RhCMV to study RhCMV pathogenesis.

Despite effective antiretroviral therapy (ART), persons living with HIV (PWH) harbor reservoirs of persistently infected CD4+ cells, which constitute a barrier to cure. Initiation of ART during acute infection reduces the size of the HIV reservoir, and we hypothesized that in addition, it would favor integration of proviruses in HIV-specific CD4+ T cells, while initiation of ART during chronic HIV infection would favor relatively more proviruses in herpesvirus-specific cells. We further hypothesized that proviruses in acute-ART-initiators would be integrated into antiviral genes, whereas integration sites in chronic-ART-initiators would favor genes associated with cell proliferation and exhaustion. We found the HIV DNA distribution across HIV-specific vs. herpesvirus-specific CD4+ T cells was as hypothesized. HIV integration sites (IS) in acute-ART-initiators were significantly enriched in gene sets controlling lipid metabolism and HIF-1α-mediated hypoxia, both metabolic pathways active in early HIV infection. Persistence of these infected cells during prolonged ART suggests a survival advantage. IS in chronic-ART-initiators were enriched in a gene set controlling EZH2 histone methylation; and methylation has been associated with diminished LTR transcription. These differences we found in antigen specificities and IS distributions within HIV-infected cells might be leveraged in designing cure strategies tailored to the timing of ART initiation.

Despite widespread immunization with Bacille-Calmette-Guerin (BCG), the only currently licensed tuberculosis (TB) vaccine, TB remains a leading cause of mortality globally. There are many TB vaccine candidates in the developmental pipeline, but the lack of a robust animal model to assess vaccine efficacy has hindered our ability to prioritize candidates for human clinical trials. Here we use a murine ultra-low dose (ULD) Mycobacterium tuberculosis (Mtb) challenge model to assess protection conferred by BCG vaccination. We show that BCGconfers a reduction in lung bacterial burdens that is more durable than that observed afterconventional dose challenge, curbs Mtb dissemination to the contralateral lung, and, in a smallpercentage of mice, prevents detectable infection. These findings are consistent with the ability of human BCG vaccination to mediate protection, particularly against disseminated disease, in specific human populations and clinical settings. Overall, our findings demonstrate that the ultra-low dose Mtb infection model can measure distinct parameters of immune protection that cannot be assessed in conventional dose murine infection models and could provide an improved platform for TB vaccine testing.

Abstract Tissue-based T cells increasingly have been shown to be important effectors in the control and prevention of mucosal viral infections – less is known about tissue-based B cells. We demonstrate that B cells and antibody-secreting cells (ASCs) are present in skin biopsies of persons with symptomatic HSV-2 reactivation. CD20 + B cells are observed in inflammatory infiltrates at greatest density at the time of symptomatic reactivation; HSV-2-specific antibodies to HSV-2 surface antigens are also detected. The concentrations of HSV-2-specific antibodies in tissue biopsies vary over the course of HSV-2 reactivation and healing, unlike serum where concentrations remain static over time. B cells and HSV-specific antibody were rarely present in biopsies of unaffected skin. Investigation of serial biopsies over the course of lesion healing suggests that B cells follow a more migratory than resident pattern of infiltration in HSV-affected genital skin, in contrast to T cells. Together, these observations may suggest a functional and distinct role of tissue-based B cells in the local immune response to HSV-2.