Abstract Palatine tonsils are secondary lymphoid organs representing the first line of immunological defense against inhaled or ingested pathogens. Here, we present a comprehensive census of cell types forming the human tonsil by applying single-cell transcriptome, epigenome, proteome and adaptive immune repertoire sequencing as well as spatial transcriptomics, resulting in an atlas of >357,000 cells. We provide a glossary of 121 annotated cell types and states, and disentangle gene regulatory mechanisms that drive cells through specialized lineage trajectories. Exemplarily, we stratify multiple tonsil-resident myeloid slancyte subtypes, establish a distant BCL6 superenhancer as locally active in both follicle-associated T and B cells, and describe SIX5 as a potentially novel transcriptional regulator of plasma cell maturation. Further, our atlas is a reference map to understand alterations observed in disease. Here, we discover immune-phenotype plasticity in tumoral cells and microenvironment shifts of mantle cell lymphomas (MCL). To facilitate such reference-based analysis, we develop HCATonsilData and SLOcatoR, a computational framework that provides programmatic and modular access to our dataset; and allows the straightforward annotation of future single-cell profiles from secondary lymphoid organs.

Inflammation is a biological phenomenon involved in a wide variety of physiological and pathological processes. Although a controlled inflammatory response is beneficial for restoring homeostasis, it can become unfavorable if dysregulated. In recent years, major progress has been made in characterizing acute and chronic inflammation in specific diseases. However, a global, holistic understanding of inflammation is still elusive. This is particularly intriguing, considering the crucial function of inflammation for human health and its potential for modern medicine if fully deciphered. Here, we leverage advances in the field of single-cell genomics to delineate the full spectrum of circulating immune cell activation underlying inflammatory processes during infection, immune-mediated inflammatory diseases and cancer. Our single-cell atlas of >2 million peripheral blood mononuclear cells from 356 patients and 18 diseases allowed us to learn a foundation model of inflammation in circulating immune cells. The atlas expanded our current knowledge of the biology of inflammation of acute (e.g. inflammatory bowel disease, sepsis) and chronic (e.g. cirrhosis, asthma, and chronic obstructive pulmonary disease) disease processes and laid the foundation to develop a precision medicine framework using unsupervised as well as explainable machine learning. Beyond a disease-centered classification, we charted altered activity of inflammatory molecules in peripheral blood cells, depicting functional biomarkers to further understand mechanisms of inflammation. Finally, we have laid the groundwork for developing precision medicine diagnostic tools for patients experiencing severe acute or chronic inflammation by learning a classifier for inflammatory diseases, presenting cells in circulation as a powerful resource for patient stratification.