Dendritic cells (DCs) are the most potent APCs. Whereas immature DCs down-regulate T-cell responses to induce/maintain immunologic tolerance, mature DCs promote immunity. To amplify their functions, DCs communicate with neighboring DCs through soluble mediators, cell-to-cell contact, and vesicle exchange. Transfer of nanovesicles (< 100 nm) derived from the endocytic pathway (termed exosomes) represents a novel mechanism of DC-to-DC communication. The facts that exosomes contain exosome-shuttle miRNAs and DC functions can be regulated by exogenous miRNAs, suggest that DC-to-DC interactions could be mediated through exosome-shuttle miRNAs, a hypothesis that remains to be tested. Importantly, the mechanism of transfer of exosome-shuttle miRNAs from the exosome lumen to the cytosol of target cells is unknown. Here, we demonstrate that DCs release exosomes with different miRNAs depending on the maturation of the DCs. By visualizing spontaneous transfer of exosomes between DCs, we demonstrate that exosomes fused with the target DCs, the latter followed by release of the exosome content into the DC cytosol. Importantly, exosome-shuttle miRNAs are functional, because they repress target mRNAs of acceptor DCs. Our findings unveil a mechanism of transfer of exosome-shuttle miRNAs between DCs and its role as a means of communication and posttranscriptional regulation between DCs.

BackgroundCoronaviruses pose a serious threat to global health as evidenced by Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS), Middle East Respiratory Syndrome (MERS), and COVID-19. SARS Coronavirus (SARS-CoV), MERS Coronavirus (MERS-CoV), and the novel coronavirus, previously dubbed 2019-nCoV, and now officially named SARS-CoV-2, are the causative agents of the SARS, MERS, and COVID-19 disease outbreaks, respectively. Safe vaccines that rapidly induce potent and long-lasting virus-specific immune responses against these infectious agents are urgently needed. The coronavirus spike (S) protein, a characteristic structural component of the viral envelope, is considered a key target for vaccines for the prevention of coronavirus infection.MethodsWe first generated codon optimized MERS-S1 subunit vaccines fused with a foldon trimerization domain to mimic the native viral structure. In variant constructs, we engineered immune stimulants (RS09 or flagellin, as TLR4 or TLR5 agonists, respectively) into this trimeric design. We comprehensively tested the pre-clinical immunogenicity of MERS-CoV vaccines in mice when delivered subcutaneously by traditional needle injection, or intracutaneously by dissolving microneedle arrays (MNAs) by evaluating virus specific IgG antibodies in the serum of vaccinated mice by ELISA and using virus neutralization assays. Driven by the urgent need for COVID-19 vaccines, we utilized this strategy to rapidly develop MNA SARS-CoV-2 subunit vaccines and tested their pre-clinical immunogenicity in vivo by exploiting our substantial experience with MNA MERS-CoV vaccines.FindingsHere we describe the development of MNA delivered MERS-CoV vaccines and their pre-clinical immunogenicity. Specifically, MNA delivered MERS-S1 subunit vaccines elicited strong and long-lasting antigen-specific antibody responses. Building on our ongoing efforts to develop MERS-CoV vaccines, promising immunogenicity of MNA-delivered MERS-CoV vaccines, and our experience with MNA fabrication and delivery, including clinical trials, we rapidly designed and produced clinically-translatable MNA SARS-CoV-2 subunit vaccines within 4 weeks of the identification of the SARS-CoV-2 S1 sequence. Most importantly, these MNA delivered SARS-CoV-2 S1 subunit vaccines elicited potent antigen-specific antibody responses that were evident beginning 2 weeks after immunization.InterpretationMNA delivery of coronaviruses-S1 subunit vaccines is a promising immunization strategy against coronavirus infection. Progressive scientific and technological efforts enable quicker responses to emerging pandemics. Our ongoing efforts to develop MNA-MERS-S1 subunit vaccines enabled us to rapidly design and produce MNA SARS-CoV-2 subunit vaccines capable of inducing potent virus-specific antibody responses. Collectively, our results support the clinical development of MNA delivered recombinant protein subunit vaccines against SARS, MERS, COVID-19, and other emerging infectious diseases.

The immune response against transplanted allografts is one of the most potent reactions mounted by the immune system. The acute rejection response has been attributed to donor dendritic cells (DCs), which migrate to recipient lymphoid tissues and directly activate alloreactive T cells against donor MHC molecules. Here, using a murine heart transplant model, we determined that only a small number of donor DCs reach lymphoid tissues and investigated how this limited population of donor DCs efficiently initiates the alloreactive T cell response that causes acute rejection. In our mouse model, efficient passage of donor MHC molecules to recipient conventional DCs (cDCs) was dependent on the transfer of extracellular vesicles (EVs) from donor DCs that migrated from the graft to lymphoid tissues. These EVs shared characteristics with exosomes and were internalized or remained attached to the recipient cDCs. Recipient cDCs that acquired exosomes became activated and triggered full activation of alloreactive T cells. Depletion of recipient cDCs after cardiac transplantation drastically decreased presentation of donor MHC molecules to directly alloreactive T cells and delayed graft rejection in mice. These findings support a key role for transfer of donor EVs in the generation of allograft-targeting immune responses and suggest that interrupting this process has potential to dampen the immune response to allografts.