SUMMARY We address whether T cell responses induced by different vaccine platforms (mRNA-1273, BNT162b2, Ad26.COV2.S, NVX-CoV2373) cross-recognize SARS-CoV-2 variants. Preservation of at least 83% and 85% for CD4 + and CD8 + T cell responses was found, respectively, regardless of vaccine platform or variants analyzed. By contrast, highly significant decreases were observed for memory B cell and neutralizing antibody recognition of variants. Bioinformatic analyses showed full conservation of 91% and 94% of class II and class I spike epitopes. For Omicron, 72% of class II and 86% of class I epitopes were fully conserved, and 84% and 85% of CD4 + and CD8 + T cell responses were preserved. In-depth epitope repertoire analysis showed a median of 11 and 10 spike epitopes recognized by CD4 + and CD8 + T cells from vaccinees. Functional preservation of the majority of the T cell responses may play an important role as a second-level defense against diverse variants.

SUMMARY T cells are involved in control of SARS-CoV-2 infection. To establish the patterns of immunodominance of different SARS-CoV-2 antigens, and precisely measure virus-specific CD4 + and CD8 + T cells, we studied epitope-specific T cell responses of approximately 100 convalescent COVID-19 cases. The SARS-CoV-2 proteome was probed using 1,925 peptides spanning the entire genome, ensuring an unbiased coverage of HLA alleles for class II responses. For HLA class I, we studied an additional 5,600 predicted binding epitopes for 28 prominent HLA class I alleles, accounting for wide global coverage. We identified several hundred HLA-restricted SARS-CoV-2-derived epitopes. Distinct patterns of immunodominance were observed, which differed for CD4 + T cells, CD8 + T cells, and antibodies. The class I and class II epitopes were combined into new epitope megapools to facilitate identification and quantification of SARS-CoV-2-specific CD4 + and CD8 + T cells.

Abstract Understanding immune memory to Common Cold Coronaviruses (CCCs) is relevant for assessing its potential impact on the outcomes of SARS-CoV-2 infection, and for the prospects of pan-corona vaccines development. We performed a longitudinal analysis, of pre-pandemic samples collected from 2016-2019. CD4+ T cells and antibody responses specific for CCC and to other respiratory viruses, and chronic or ubiquitous pathogens were assessed. CCC-specific memory CD4+ T cells were detected in most subjects, and their frequencies were comparable to those for other common antigens. Notably, responses to CCC and other antigens such as influenza and Tetanus Toxoid (TT) were sustained over time. CCC-specific CD4+ T cell responses were also associated with low numbers of HLA-DR+CD38+ cells and their magnitude did not correlate with yearly changes in the prevalence of CCC infections. Similarly, spike RBD-specific IgG responses for CCC were stable throughout the sampling period. Finally, high CD4+ T cell reactivity to CCC, but not antibody responses, was associated with high pre-existing SARS-CoV-2 immunity. Overall, these results suggest that the steady and sustained CCC responses observed in the study cohort are likely due to a relatively stable pool of CCC-specific memory CD4+ T cells instead of fast decaying responses and frequent reinfections.

Abstract Background and Objectives Parkinson’s disease (PD) is associated with a heightened inflammatory state, including activated T cells. However, it is unclear whether these PD T cell responses are antigen specific or more indicative of generalized hyperresponsiveness. Our objective was to measure and compare antigen-specific T cell responses directed towards antigens derived from commonly encountered human pathogens/vaccines in patients with PD and age-matched healthy controls (HC). Methods Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from 20 PD patients and 19 age-matched HCs were screened. Antigen specific T cell responses were measured by flow cytometry using a combination of the activation induced marker (AIM) assay and intracellular cytokine staining. Results Here we show that both PD patients and HCs show similar T cell activation levels to several antigens derived from commonly encountered human pathogens/vaccines in the general population. Similarly, we also observed no difference between HC and PD in the levels of CD4 and CD8 T cell derived cytokines produced in response to any of the common antigens tested. These antigens encompassed both viral (coronavirus, rhinovirus, respiratory syncytial virus, influenza, cytomegalovirus) and bacterial (pertussis, tetanus) targets. Conclusions These results suggest the T cell dysfunction observed in PD may not extend itself to abnormal responses to commonly encountered or vaccine-target antigens. Our study supports the notion that the targets of inflammatory T cell responses in PD may be more directed towards autoantigens like α-synuclein (α-syn) rather than common foreign antigens.

SUMMARY SARS-CoV-2 infection and COVID-19 vaccines elicit memory T cell responses. Here, we report the development of two new pools of E xperimentally-defined T cell epitopes derived from the non-spike R emainder of the SARS-CoV-2 proteome (CD4RE and CD8RE). The combination of T cell responses to these new pools and Spike (S) were used to discriminate four groups of subjects with different SARS-CoV-2 infection and COVID-19 vaccine status: non-infected, non-vaccinated (I−V−); infected and non-vaccinated (I+V−); infected and then vaccinated (I+V+); and non-infected and vaccinated (I−V+). The overall classification accuracy based on 30 subjects/group was 89.2% in the original cohort and 88.5% in a validation cohort of 96 subjects. The T cell classification scheme was applicable to different mRNA vaccines, and different lengths of time post-infection/post-vaccination. T cell responses from breakthrough infections (infected vaccinees, V+I+) were also effectively segregated from the responses of vaccinated subjects using the same classification tool system. When all five groups where combined, for a total of 239 different subjects, the classification scheme performance was 86.6%. We anticipate that a T cell-based immunodiagnostic scheme able to classify subjects based on their vaccination and natural infection history will be an important tool for longitudinal monitoring of vaccination and aid in establishing SARS-CoV−2 correlates of protection.

SUMMARY The emergence of SARS-CoV-2 variants highlighted the need to better understand adaptive immune responses to this virus. It is important to address whether also CD4+ and CD8+ T cell responses are affected, because of the role they play in disease resolution and modulation of COVID-19 disease severity. Here we performed a comprehensive analysis of SARS-CoV-2-specific CD4+ and CD8+ T cell responses from COVID-19 convalescent subjects recognizing the ancestral strain, compared to variant lineages B.1.1.7, B.1.351, P.1, and CAL.20C as well as recipients of the Moderna (mRNA-1273) or Pfizer/BioNTech (BNT162b2) COVID-19 vaccines. Similarly, we demonstrate that the sequences of the vast majority of SARS-CoV-2 T cell epitopes are not affected by the mutations found in the variants analyzed. Overall, the results demonstrate that CD4+ and CD8+ T cell responses in convalescent COVID-19 subjects or COVID-19 mRNA vaccinees are not substantially affected by mutations found in the SARS-CoV-2 variants.

Abstract Whole-cell inactivated vaccine against Bordetella pertussis (wP) was substituted in many countries by an acellular subunit vaccine (aP) to reduce side effects. Recent epidemiological studies have shown that aP vaccination in infancy induces less durable immunity than wP vaccination. To determine immunological differences associated with aP vs. wP priming, we performed system-level profiling of the immune response in adults primed with aP vs. wP vaccine in infancy following the Tdap booster vaccination as a surrogate to antigen encounter in vivo . Shared immune responses across cohorts were identified, including an increase of the blood monocyte frequency on day 1, and strong antigen-specific IgG response seven days after boost. Comparing aP and wP primed individuals, we found a subset of aP-primed individuals with higher levels of expression for several genes including CCL3 on day 3 and NFKBIA and ICAM1 on day 7 post immunization. These observations were supported by increased CCL3 concentrations in plasma of aP primed individuals. Contrary to the wP individuals, the CCL3-high aP subset presented boosted PT-specific IgE responses. Furthermore, higher antigen specific IgG4 and IgG3 antibodies against specific vaccine antigens at baseline and post boost of aP individuals was observed, suggesting a long term maintained difference in the IgG subtype response. Overall our findings demonstrate that, while broad immune response patterns to Tdap boost overlap between aP and wP primed individuals, a subset of aP primed individuals present a divergent response. These findings provide candidate targets to study the causes and correlates of waning immunity after aP vaccination.

SARS-CoV-2 infection of vaccinated individuals is increasingly common but rarely results in severe disease, likely due to the enhanced potency and accelerated kinetics of memory immune responses. However, there have been few opportunities to rigorously study early recall responses during human viral infection. To better understand human immune memory and identify potential mediators of lasting vaccine efficacy, we used high-dimensional flow cytometry and SARS-CoV-2 antigen probes to examine immune responses in longitudinal samples from vaccinated individuals infected during the Omicron wave. These studies revealed heightened Spike-specific responses during infection of vaccinated compared to unvaccinated individuals. Spike-specific CD4 T cells and plasmablasts expanded and CD8 T cells were robustly activated during the first week. In contrast, memory B cell activation, neutralizing antibody production, and primary responses to non-Spike antigens occurred during the second week. Collectively, these data demonstrate the functionality of vaccine-primed immune memory and highlight memory T cells as rapid responders during SARS-CoV-2 infection.

The incidence of whooping cough (pertussis), the respiratory disease caused by Bordetella pertussis (BP) has increased in recent years, and it is suspected that the switch from whole-cell pertussis (wP) to acellular pertussis (aP) vaccines may be a contributing factor to the rise in morbidity. While a growing body of evidence indicates that T cells play a role in the control and prevention of symptomatic disease, nearly all data on human BP-specific T cells is related to the four antigens contained in the aP vaccines, and data detailing T cell responses to additional non-aP antigens, are lacking. Here, we derived a full-genome map of human BP-specific CD4+ T cell responses using a high-throughput ex vivo Activation Induced Marker (AIM) assay, to screen a peptide library spanning over 3000 different BP ORFs. First, our data show that BP specific-CD4+ T cells are associated with a large and previously unrecognized breadth of responses, including hundreds of targets. Notably, fifteen distinct non-aP vaccine antigens were associated with reactivity comparable to that of the aP vaccine antigens. Second, the overall pattern and magnitude of CD4+ T cell reactivity to aP and non-aP vaccine antigens was similar regardless of aP vs wP childhood vaccination history, suggesting that the profile of T cell reactivity in adults is not driven by vaccination, but rather is likely driven by subsequent asymptomatic or sub-clinical infections. Finally, while aP vaccine responses were Th1/Th2 polarized as a function of childhood vaccination, CD4+ T cell responses to non-aP BP antigens vaccine responses were not, suggesting that these antigens could be used to avoid the Th2 bias associated with aP vaccination. Overall, these findings enhance our understanding of human T cell responses against BP and suggest potential targets for designing next-generation pertussis vaccines.

Abstract Computational models that predict an individual’s response to a vaccine offer the potential for mechanistic insights and personalized vaccination strategies. These models are increasingly derived from systems vaccinology studies that generate immune profiles from human cohorts pre- and post-vaccination. Most of these studies involve relatively small cohorts and profile the response to a single vaccine. The ability to assess the performance of the resulting models would be improved by comparing their performance on independent datasets, as has been done with great success in other areas of biology such as protein structure predictions. To transfer this approach to system vaccinology studies, we established a prototype platform that focuses on the evaluation of Computational Models of Immunity to Pertussis Booster vaccinations (CMI-PB). A community resource, CMI-PB generates experimental data for the explicit purpose of model evaluation, which is performed through a series of annual data releases and associated contests. We here report on our experience with the first such ‘dry run’ for a contest where the goal was to predict individual immune responses based on pre-vaccination multi-omic profiles. Over 30 models adopted from the literature were tested, but only one was predictive, and was based on age alone. The performance of new models built using CMI-PB training data was much better, but varied significantly based on the choice of pre-vaccination features used and the model building strategy. This suggests that previously published models developed for other vaccines do not generalize well to Pertussis Booster vaccination. Overall, these results reinforced the need for comparative analysis across models and datasets that CMI-PB aims to achieve. We are seeking wider community engagement for our first public prediction contest, which will open in early 2024.