During acute infections, a small population of effector CD8(+) T cells evades terminal differentiation and survives as long-lived memory T cells. We demonstrate that the transcriptional repressor Blimp-1 enhanced the formation of terminally differentiated CD8(+) T cells during lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) infection, and Blimp-1 deficiency promoted the acquisition of memory cell properties by effector cells. Blimp-1 expression was preferentially increased in terminally differentiated effector and "effector memory" (Tem) CD8(+) T cells, and gradually decayed after infection as central memory (Tcm) cells developed. Blimp-1-deficient effector CD8(+) T cells showed some reduction in effector molecule expression, but primarily developed into memory precursor cells that survived better and more rapidly acquired several Tcm cell attributes, including CD62L and IL-2 expression and enhanced proliferative responses. These results reveal a critical role for Blimp-1 in controlling terminal differentiation and suppressing memory cell developmental potential in effector CD8(+) T cells during viral infection.

Background It is unknown if extremely early initiation of antiretroviral therapy (ART) may lead to long-term ART-free HIV remission or cure. As a result, we studied 2 individuals recruited from a pre-exposure prophylaxis (PrEP) program who started prophylactic ART an estimated 10 days (Participant A; 54-year-old male) and 12 days (Participant B; 31-year-old male) after infection with peak plasma HIV RNA of 220 copies/mL and 3,343 copies/mL, respectively. Extensive testing of blood and tissue for HIV persistence was performed, and PrEP Participant A underwent analytical treatment interruption (ATI) following 32 weeks of continuous ART. Methods and findings Colorectal and lymph node tissues, bone marrow, cerebral spinal fluid (CSF), plasma, and very large numbers of peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) were obtained longitudinally from both participants and were studied for HIV persistence in several laboratories using molecular and culture-based detection methods, including a murine viral outgrowth assay (mVOA). Both participants initiated PrEP with tenofovir/emtricitabine during very early Fiebig stage I (detectable plasma HIV-1 RNA, antibody negative) followed by 4-drug ART intensification. Following peak viral loads, both participants experienced full suppression of HIV-1 plasma viremia. Over the following 2 years, no further HIV could be detected in blood or tissue from PrEP Participant A despite extensive sampling from ileum, rectum, lymph nodes, bone marrow, CSF, circulating CD4+ T cell subsets, and plasma. No HIV was detected from tissues obtained from PrEP Participant B, but low-level HIV RNA or DNA was intermittently detected from various CD4+ T cell subsets. Over 500 million CD4+ T cells were assayed from both participants in a humanized mouse outgrowth assay. Three of 8 mice infused with CD4+ T cells from PrEP Participant B developed viremia (50 million input cells/surviving mouse), but only 1 of 10 mice infused with CD4+ T cells from PrEP Participant A (53 million input cells/mouse) experienced very low level viremia (201 copies/mL); sequence confirmation was unsuccessful. PrEP Participant A stopped ART and remained aviremic for 7.4 months, rebounding with HIV RNA of 36 copies/mL that rose to 59,805 copies/mL 6 days later. ART was restarted promptly. Rebound plasma HIV sequences were identical to those obtained during acute infection by single-genome sequencing. Mathematical modeling predicted that the latent reservoir size was approximately 200 cells prior to ATI and that only around 1% of individuals with a similar HIV burden may achieve lifelong ART-free remission. Furthermore, we observed that lymphocytes expressing the tumor marker CD30 increased in frequency weeks to months prior to detectable HIV-1 RNA in plasma. This study was limited by the small sample size, which was a result of the rarity of individuals presenting during hyperacute infection. Conclusions We report HIV relapse despite initiation of ART at one of the earliest stages of acute HIV infection possible. Near complete or complete loss of detectable HIV in blood and tissues did not lead to indefinite ART-free HIV remission. However, the small numbers of latently infected cells in individuals treated during hyperacute infection may be associated with prolonged ART-free remission.

Highlights•The magnitude of early CD4+ T cell responses correlates with severity of COVID-19•Prior lung disease correlates with higher SARS-CoV-2-specific CD8+ T cell responses•PASC is associated with a decline in N-specific interferon-γ-producing CD8+ T cells•Neutralizing capacity correlates with SARS-CoV-2-specific CD4+ T cell responsesSummaryWe describe severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)-specific T cell responses, soluble markers of inflammation, and antibody levels and neutralization capacity longitudinally in 70 individuals with PCR-confirmed SARS-CoV-2 infection. Participants represent a spectrum of illness and recovery, including some with persistent viral shedding in saliva and many experiencing post-acute sequelae of SARS-CoV-2 infection (PASC). T cell responses remain stable for up to 9 months. Whereas the magnitude of early CD4+ T cell immune responses correlates with severity of initial infection, pre-existing lung disease is independently associated with higher long-term SARS-CoV-2-specific CD8+ T cell responses. Among participants with PASC 4 months following coronavirus disease 2019 (COVID-19) symptom onset, we observe a lower frequency of CD8+ T cells expressing CD107a, a marker of degranulation, in response to Nucleocapsid (N) peptide pool stimulation, and a more rapid decline in the frequency of N-specific interferon-γ-producing CD8+ T cells. Neutralizing antibody levels strongly correlate with SARS-CoV-2-specific CD4+ T cell responses.Graphical abstract

Abstract Several lines of evidence support a central role for CD8 T cells as key determinants in the control of HIV, particularly in rare “elite controllers” who control the virus to undetectable levels in the blood in the absence of antiretroviral therapy (ART). While HIV-specific CD8 T cells isolated from elite controllers have enhanced antiviral cytokine production and proliferative capacity in response to antigen stimulation when compared to cells isolated from viremic or even aviremic ART-suppressed non-controllers, the cell-intrinsic mechanisms underlying the enhanced T cell memory-like function of HIV-specific CD8 T cells in elite controllers remain largely undefined. To identify the transcriptional and epigenetic pathways that regulate functional capacity in HIV-specific CD8 T cells in elite controllers, we performed genome-wide transcriptional and DNA methylation analysis of MHC Class I multimer+ CD8 T cells sorted from aviremic elite controllers compared to aviremic non-controllers on suppressive ART. Co-omics analysis revealed enrichment for gene signatures that support a multipotent differentiation state, cell survival, and a long-lived effector cell fate in HIV-specific CD8 T cells from elite controllers. Specifically, we observed DNA methylation programs at the transcription factor binding sites of the stem-associated factors TCF-1 and LEF1 that delineate HIV-specific CD8 T cells from elite controllers versus ART-treated individuals. HIV-specific CD8 T cells in elite controllers also maintain T cell receptor and IL-12/STAT4 pathway signaling and have suppressed pro-apoptotic TNFα pathway signaling. These findings show that HIV-specific CD8 T cells from elite controllers have enhanced expression and DNA methylation programs that maintain developmental potential and in turn promote long-term survival, proliferative potential, and effector capacity. These data also provide new insights into the relationship between stem-associated transcription factors and stable epigenetic restriction of T cell developmental capacity.

Abstract Although the formation of a durable neutralizing antibody response after an acute viral infection is a key component of protective immunity, little is known about why some individuals generate high versus low neutralizing antibody titers to infection or vaccination. Infection with Zika virus (ZIKV) during pregnancy can cause devastating fetal outcomes, and efforts to understand natural immunity to this infection are essential for optimizing vaccine design. In this study, we leveraged the high-dimensional single-cell profiling capacity of mass cytometry (CyTOF) to deeply characterize the cellular immune response to acute and convalescent ZIKV infection in a cohort of blood donors in Puerto Rico incidentally found to be viremic during the 2015-2016 epidemic in the Americas. During acute ZIKV infection, we identified widely coordinated responses across innate and adaptive immune cell lineages. High frequencies of multiple activated innate immune subsets, as well as activated follicular helper CD4+ T cells and proliferating CD27-IgD-B cells, during acute infection were associated with high titers of ZIKV neutralizing antibodies at 6 months post-infection. On the other hand, low titers of ZIKV neutralizing antibodies were associated with immune features that suggested a cytotoxic-skewed immune “set-point.” Our study offers insight into the cellular coordination of immune responses and identifies candidate cellular biomarkers that may offer predictive value in vaccine efficacy trials for ZIKV and other acute viral infections aimed at inducing high titers of neutralizing antibodies. One Sentence Summary Mass cytometry reveals acute ZIKV infection cellular immune signatures that predict high or low neutralizing antibody titers 6 months post-infection.

The impact of pre-existing neutralizing antibodies (NAbs) titers on SARS-CoV-2 viral shedding dynamics in post-vaccination infection (PVI) are not well understood. We characterized viral shedding longitudinally in nasal specimens in relation to baseline (pre/peri-infection) serum neutralizing antibody titers in 125 participants infected with distinct SARS-CoV-2 variants. Among 68 participants who had received vaccinations, we quantified the effect of baseline serum NAb titers on maximum viral RNA titers and on the duration of infectivity. Baseline NAb titers were higher and efficiently targeted a broader range of variants in participants who received one or two monovalent ancestral booster vaccinations compared to those with a full primary vaccine series. In participants with Delta variant infections, baseline NAb titers targeting Delta were negatively correlated with maximum viral RNA copies. Per log10 increase in baseline NAb IC50, maximum viral load was reduced -2.43 (95% confidence interval [CI] -3.76, -1.11) log10 N copies and days of infectious viral shedding were reduced -2.79 [95% CI: -4.99, -0.60] days. By contrast, in those with Omicron infections (BA.1, BA.2, BA.4 or BA.5 lineages) baseline NAb responses against Omicron lineages did not predict viral outcomes. Our results provide robust estimates of the effect of baseline NAbs on the magnitude and duration of nasal viral replication after PVI (albeit with an unclear effect on transmission) and show how immune escape variants efficiently evade these modulating effects.

Although many HIV cure strategies seek to expand HIV-specific CD8+ T cells to control the virus, all are likely to fail if cellular exhaustion is not prevented. A loss in stem-like memory properties (i.e., the ability to proliferate and generate secondary effector cells) is a key feature of exhaustion; little is known, however, about how these properties are regulated in human virus-specific CD8+ T cells. We found that virus-specific CD8+ T cells from humans and non-human primates naturally controlling HIV/SIV infection express more of the transcription factor, TCF-1, than non-controllers. HIV-specific CD8+ T cell TCF-1 expression correlated with memory marker expression and proliferative capacity and declined with antigenic stimulation. CRISPR-Cas9 editing of TCF-1 in human primary T cells demonstrated a direct role in regulating expansion capacity. Collectively, these data suggest that TCF-1 controls the stem-like memory properties of HIV-specific CD8+ T cells and provides a rationale for enhancing this pathway in T cell-based therapeutic strategies for HIV.