Abstract Monocytes are short-lived myeloid immune cells that arise from adult hematopoiesis and circulate for a short time in the blood. They comprise two main subsets, in mice defined as classical Ly6C high and non-classical Ly6C low monocytes (CM, NCM). Recent fate mapping and transcriptomic analyses revealed that CM themselves are heterogeneous. Here, we report surface markers that allow segregation of murine GMP- and MDP-derived CM in the BM and blood. Functional characterization, including fate definition following adoptive cell transfer, established that GMP-Mo and MDP-Mo could equal rise to homeostatic CM progeny, such as NCM in blood and gut macrophages, but differentially seeded selected other tissues. Specifically, GMP-Mo and MDP-Mo gave rise to distinct interstitial lung macrophages, thus linking CM dichotomy to previously reported pulmonary macrophage heterogeneity. Collectively, we provide comprehensive evidence for the existence of two functionally distinct CM subsets in the mouse, which differentially contribute to peripheral tissue macrophage populations in homeostasis and following challenge. Our findings are indicative of impact of monocyte ontogeny on in situ differentiation.

Abstract The mycobiota are a critical part of the gut microbiome, but host-fungal interactions and specific functional contributions of commensal fungi to host fitness remain incompletely understood. Here we report the identification of a new fungal commensal, Kazachstania heterogenica var. weizmannii, isolated from murine intestines. K. weizmannii exposure prevented Candida albicans colonization and significantly reduced the commensal C. albicans burden in colonized animals. Following immunosuppression of C. albicans colonized mice, competitive fungal commensalism thereby mitigated fatal candidiasis. Metagenome analysis revealed K. weizmannii presence among human commensals. Our results reveal competitive fungal commensalism within the intestinal microbiota, independent of bacteria and immune responses, that could bear potential therapeutic value for the management of C. albicans -mediated diseases.

Langerhans cells (LCs) are a unique population of phagocytes programmed within embryonic skin to maintain tissue and immunological homeostasis at the epidermal barrier site. Unique amongst tissue-resident macrophages, LCs play roles in skin innervation and repair, while also functioning as migrating professional antigen presenting cells, a capability classically assigned to dendritic cells (DC). We currently lack insight into the molecular pathways that determine this dichotomy, when they are established, and whether precursors recruited to the adult skin niche access the same instructive signals laid down in utero. Tracking differentiation of monocyte-derived (m)LCs after destruction of embryo-derived cells in murine adult skin, we reveal intrinsic intra-epidermal heterogeneity and selection of MDP-monocytes to by-pass gene programs specifying a macrophage fate. Within the adult skin, we demonstrate that the hair follicle niche provides Notch signals that determine commitment to become resident mLCs. Using a unique human LC dataset, we show that embryo-derived (e)LCs in newborn human skin retain transcriptional evidence of their macrophage origin, but this is superseded by distinct DC-like immune modules after expansion of the eLC network. Thus, convergent differentiation of monocytes within adult skin replicates conditioning of eLC towards more immunogenic DC-like cells within post-natal skin.

Monocytes are circulating short-lived macrophage precursors that are recruited on demand from the blood to sites of inflammation and challenge. In steady state, classical monocytes give rise to vasculature-resident cells that patrol the luminal side of the endothelium. In addition, classical monocytes feed macrophage compartments of selected organs, including barrier tissues, such as the skin and intestine, as well as the heart. Monocyte differentiation under conditions of inflammation has been studied in considerable detail. In contrast, monocyte differentiation under non-inflammatory conditions remains less well understood. Here we took advantage of a combination of cell ablation and precursor engraftment to investigate the generation of gut macrophages from monocytes. Collectively, we identify factors associated with the gradual adaptation of monocytes to tissue residency. Moreover, comparison of monocyte differentiation into the colon and ileum-resident macrophages revealed the graduated acquisition of gut segment-specific gene expression signatures.

Langerhans cells (LCs) are distinct among phagocytes, functioning both as embryo-derived, tissue-resident macrophages in skin innervation and repair and as migrating professional antigen-presenting cells, a function classically assigned to dendritic cells (DCs). Here, we demonstrate that both intrinsic and extrinsic factors imprint this dual identity. Using ablation of embryo-derived LCs in the murine adult skin and tracking differentiation of incoming monocyte-derived replacements, we found intrinsic intraepidermal heterogeneity. We observed that ontogenically distinct monocytes give rise to LCs. Within the epidermis, Jagged-dependent activation of Notch signaling, likely within the hair follicle niche, provided an initial site of LC commitment before metabolic adaptation and survival of monocyte-derived LCs. In the human skin, embryo-derived LCs in newborns retained transcriptional evidence of their macrophage origin, but this was superseded by DC-like immune modules after postnatal expansion. Thus, adaptation to adult skin niches replicates conditioning of LC at birth, permitting repair of the embryo-derived LC network.

Trained immunity (TI) is the process wherein innate immune cells gain functional memory upon exposure to specific ligands or pathogens, leading to augmented inflammatory responses and pathogen clearance upon secondary exposure. While the differentiation of hematopoietic stem cells (HSCs) and reprogramming of bone marrow (BM) progenitors are well-established mechanisms underpinning durable TI protection, remodeling of the cellular architecture within the tissue during TI remains underexplored. Here, we study the effects of peritoneal Bacillus Calmette-Guerin (BCG) administration to find TI-mediated protection in the spleen against a subsequent heterologous infection by the Gram-negative pathogen Salmonella Typhimurium (S.Tm). Utilizing single cell RNA-sequencing and flow cytometry, we discerned STAT1-regulated genes in TI-associated resident and recruited splenic myeloid populations. The temporal dynamics of TI were further elucidated, revealing both early and delayed myeloid subsets with time-dependent, cell type-specific STAT1 signatures. Using lineage tracing, we find that tissue-resident red pulp macrophages (RPM), initially depleted by BCG exposure, are restored from both tissue-trained, self-renewing macrophages and from bone marrow-derived progenitors, fostering long lasting local defense. Early inhibition of STAT1 activation, using specific JAK-STAT inhibitors, reduces both RPM loss and recruitment of trained monocytes. Our study suggests a temporal window soon after BCG vaccination, in which STAT1-dependent activation of long-lived resident cells in the tissue mediates localized protection.