In bone marrow, hematopoiesis is thought to depend on special microenvironments known as niches that maintain blood cells. However, the identity of niches and interaction of blood cells with niches remain poorly understood. Here we identify stage-specific cellular niches for B lymphopoiesis. The earliest precursors, pre-pro-B cells and end-stage B cells, plasma cells require CXC chemokine ligand (CXCL)12. CXCL12-expressing cells are a small population of stromal cells, scattered throughout bone marrow and located some distance from the cells expressing interleukin (IL)-7. Multipotent hematopoietic progenitors are attached to the processes of CXCL12-expressing cells and pre-pro-B cells adjoin their cell bodies. Maturer pro-B cells that require IL-7 have moved away and adjoin the IL-7-expressing cells. Plasma cells again seed CXCL12-expressing cells. We demonstrate the B lymphocyte characteristic location and movement between specific niches within bone marrow during development and suggest that CXCL12 maintains the cells in the niche.

T lymphocytes differentiate in discrete stages within the thymus. Immature thymocytes lacking CD4 and CD8 coreceptors differentiate into double-positive cells (CD4+CD8+), which are selected to become either CD4+CD8− helper cells or CD4−CD8+ cytotoxic cells. A stage-specific transcriptional silencer regulates expression of CD4 in both immature and CD4−CD8+ thymocytes. We show here that binding sites for Runt domain transcription factors are essential for CD4 silencer function at both stages, and that different Runx family members are required to fulfill unique functions at each stage. Runx1 is required for active repression in CD4−CD8− thymocytes whereas Runx3 is required for establishing epigenetic silencing in cytotoxic lineage thymocytes. Runx3-deficient cytotoxic T cells, but not helper cells, have defective responses to antigen, suggesting that Runx proteins have critical functions in lineage specification and homeostasis of CD8-lineage T lymphocytes.

Splenic red pulp macrophages (RPM) degrade senescent erythrocytes and recycle heme-associated iron. The transcription factor SPI-C is selectively expressed by RPM and is required for their development, but the physiologic stimulus inducing Spic is unknown. Here, we report that Spic also regulated the development of F4/80+VCAM1+ bone marrow macrophages (BMM) and that Spic expression in BMM and RPM development was induced by heme, a metabolite of erythrocyte degradation. Pathologic hemolysis induced loss of RPM and BMM due to excess heme but induced Spic in monocytes to generate new RPM and BMM. Spic expression in monocytes was constitutively inhibited by the transcriptional repressor BACH1. Heme induced proteasome-dependent BACH1 degradation and rapid Spic derepression. Furthermore, cysteine-proline dipeptide motifs in BACH1 that mediate heme-dependent degradation were necessary for Spic induction by heme. These findings are the first example of metabolite-driven differentiation of a tissue-resident macrophage subset and provide new insights into iron homeostasis.

Abstract The T-cell receptor (TCR) allows T-cells to recognize and respond to antigens presented by infected and diseased cells. However, due to TCRs’ staggering diversity and the complex binding dynamics underlying TCR antigen recognition, it is challenging to predict which antigens a given TCR may bind to. Here, we present TCR-BERT, a deep learning model that applies self-supervised transfer learning to this problem. TCR-BERT leverages unlabeled TCR sequences to learn a general, versatile representation of TCR sequences, enabling numerous downstream applications. We demonstrate that TCR-BERT can be used to build state-of-the-art TCR-antigen binding predictors with improved generalizability compared to prior methods. TCR-BERT simultaneously facilitates clustering sequences likely to share antigen specificities. It also facilitates computational approaches to challenging, unsolved problems such as designing novel TCR sequences with engineered binding affinities. Importantly, TCR-BERT enables all these advances by focusing on residues with known biological significance. TCR-BERT can be a useful tool for T-cell scientists, enabling greater understanding and more diverse applications, and provides a conceptual framework for leveraging unlabeled data to improve machine learning on biological sequences.

Summary Shortly after priming, the fate of activated CD4 T cells is segregated into BCL6 + follicular helper T (Tfh) and BCL6 − effector (Teff) cells. However, it remains unknown how these subsets are sustained in the presence of chronic antigen stimulation. Using a combination of single cell- and population-based approaches, we show that in chronic viral infection, activated CD4 T cells differentiate into BCL6-dependent TCF-1 + progenitor cells with superior capacity to expand and give rise to both Teff and Tfh. They share properties with progenitor-exhausted CD8 T cells and are required for the continued generation of Teff cells as antigen persists. In response to tumors, an analogous CD4 T cell population develops in draining lymph nodes. Our study reveals the heterogeneity and plasticity of CD4 T cells upon encountering persistent antigen and highlights their population dynamics through a stable bipotent intermediate state.

Abstract Oropouche orthobunyavirus (OROV; Peribunyaviridae ) is a mosquito-transmitted virus that causes widespread cases of human febrile illness in South America, with occasional progression to neurologic effects. Host entry factors mediating cellular entry of OROV are undefined. Here, we show that OROV requires the host protein low density lipoprotein-related protein 1 (Lrp1) for cellular infection. Cells from evolutionarily distinct species lacking Lrp1 were less permissive to OROV infection than cells with Lrp1. Treatment of cells with either the high-affinity Lrp1 ligand receptor-associated protein (RAP) or recombinant ectodomain truncations of Lrp1 significantly reduced OROV infection. Thus, Lrp1 is an important host factor required for infection of cells by OROV. Taken together with our results showing that Lrp1 is a newly identified receptor for Rift Valley fever virus (RVFV), Lrp1 may play a broader role in cellular infection by bunyaviruses than previously appreciated.

Persistent antigen induces a dysfunctional CD8 T cell state known as T cell “exhaustion” characterized by expression of PD-1 and decreased effector functions. Nevertheless, dysfunctional CD8 T cells can mediate control of antigen burden which is long-lasting. While heterogeneity of exhausted CD8 T cells has been described, the cells which actively proliferate and exert viral control have remained elusive. Here, we define subsets of PD-1+ CD8 T cells during chronic infection marked by expression of CX3CR1 with substantial in situ proliferation and high expression of granzyme B. Moreover, these cells maintain the effector pool through self-renewal independently of previously defined stem-like cells. Unexpectedly, CX3CR1+ CD8 T cells retain plasticity to be reprogrammed to memory cells through expression of TCF-1 and re-gain polyfunctionality. Thus, we define a subset of effector-like exhausted CD8 T cells with capacity to contribute to the memory pool, offering a prime target for novel immunotherapies.