Abstract Rapid production and publication of pathogen genome sequences during emerging disease outbreaks provide crucial public health information. In resource-limited settings, especially near an outbreak epicenter, conventional deep sequencing or bioinformatics are often challenging. Here we successfully used metagenomic next generation sequencing on an iSeq100 Illumina platform paired with an open-source bioinformatics pipeline to quickly characterize Cambodia’s first case of COVID-2019.

Type I interferon (IFN-I) neutralizing autoantibodies have been found in some critical COVID-19 patients; however, their prevalence and longitudinal dynamics across the disease severity scale, and functional effects on circulating leukocytes remain unknown. Here, in 284 COVID-19 patients, we found IFN-I autoantibodies in 19% of critical, 6% of severe and none of the moderate cases. Longitudinal profiling of over 600,000 peripheral blood mononuclear cells using multiplexed single-cell epitope and transcriptome sequencing from 54 COVID-19 patients, 15 non-COVID-19 patients and 11 non-hospitalized healthy controls, revealed a lack of IFN-I stimulated gene (ISG-I) response in myeloid cells from critical cases, including those producing anti-IFN-I autoantibodies. Moreover, surface protein analysis showed an inverse correlation of the inhibitory receptor LAIR-1 with ISG-I expression response early in the disease course. This aberrant ISG-I response in critical patients with and without IFN-I autoantibodies, supports a unifying model for disease pathogenesis involving ISG-I suppression via convergent mechanisms.

Abstract Patients with autoimmune polyendocrinopathy syndrome type 1 (APS-1) caused by autosomal recessive AIRE deficiency produce autoantibodies that neutralize type I interferons (IFNs) 1,2 , conferring a predisposition to life-threatening COVID-19 pneumonia 3 . Here we report that patients with autosomal recessive NIK or RELB deficiency, or a specific type of autosomal-dominant NF-κB2 deficiency, also have neutralizing autoantibodies against type I IFNs and are at higher risk of getting life-threatening COVID-19 pneumonia. In patients with autosomal-dominant NF-κB2 deficiency, these autoantibodies are found only in individuals who are heterozygous for variants associated with both transcription (p52 activity) loss of function (LOF) due to impaired p100 processing to generate p52, and regulatory (IκBδ activity) gain of function (GOF) due to the accumulation of unprocessed p100, therefore increasing the inhibitory activity of IκBδ (hereafter, p52 LOF /IκBδ GOF ). By contrast, neutralizing autoantibodies against type I IFNs are not found in individuals who are heterozygous for NFKB2 variants causing haploinsufficiency of p100 and p52 (hereafter, p52 LOF /IκBδ LOF ) or gain-of-function of p52 (hereafter, p52 GOF /IκBδ LOF ). In contrast to patients with APS-1, patients with disorders of NIK, RELB or NF-κB2 have very few tissue-specific autoantibodies. However, their thymuses have an abnormal structure, with few AIRE-expressing medullary thymic epithelial cells. Human inborn errors of the alternative NF-κB pathway impair the development of AIRE-expressing medullary thymic epithelial cells, thereby underlying the production of autoantibodies against type I IFNs and predisposition to viral diseases.

Abstract We identify a mutation in the N gene of SARS-CoV-2 that adversely affects annealing of a commonly used RT-PCR primer; epidemiologic evidence suggests the virus retains pathogenicity and competence for spread. This reinforces the importance of using multiple targets, preferably in at least 2 genes, for robust SARS-CoV-2 detection. Article Summary Line A SARS-CoV-2 variant that occurs worldwide and has spread in California significantly affects diagnostic sensitivity of an N gene assay, highlighting the need to employ multiple viral targets for detection.

Abstract Since Next-Generation Sequencing produces reads uniformly subsampled from an input library, highly abundant sequences may mask interesting low abundance sequences. The DASH (Depleting Abundant Sequences by Hybridization) technique takes advantage of the programmability of CRISPR/Cas9 to deplete unwanted high-abundance sequences. Because desired depletion targets vary by sample type, here we describe DASHit, software that outputs an optimal DASH target set given a sequencing dataset, an updated DASH protocol, and show depletion results with DASHit-designed targets for three different species.

Phage Immunoprecipitation-Sequencing (PhIP-Seq) allows for unbiased, proteome-wide autoantibody discovery across a variety of disease settings, with identification of disease-specific autoantigens providing new insight into previously poorly understood forms of immune dysregulation. Despite several successful implementations of PhIP-Seq for autoantigen discovery, including our previous work (Vazquez et al. 2020), current protocols are inherently difficult to scale to accommodate large cohorts of cases and importantly, healthy controls. Here, we develop and validate a high throughput extension of PhIP-seq in various etiologies of autoimmune and inflammatory diseases, including APS1, IPEX, RAG1/2 deficiency, Kawasaki Disease (KD), Multisystem Inflammatory Syndrome in Children (MIS-C), and finally, mild and severe forms of COVID19. We demonstrate that these scaled datasets enable machine-learning approaches that result in robust prediction of disease status, as well as the ability to detect both known and novel autoantigens, such as PDYN in APS1 patients, and intestinally expressed proteins BEST4 and BTNL8 in IPEX patients. Remarkably, BEST4 antibodies were also found in 2 patients with RAG1/2 deficiency, one of whom had very early onset IBD. Scaled PhIP-Seq examination of both MIS-C and KD demonstrated rare, overlapping antigens, including CGNL1, as well as several strongly enriched putative pneumonia-associated antigens in severe COVID19, including the endosomal protein EEA1. Together, scaled PhIP-Seq provides a valuable tool for broadly assessing both rare and common autoantigen overlap between autoimmune diseases of varying origins and etiologies.

Abstract How autoreactive CD4 T cells develop to cause rheumatoid arthritis remains unknown. We used a reporter for antigen-receptor signaling in the SKG autoimmune arthritis model to profile a T cell subpopulation enriched for arthritogenic naïve CD4 T cells before arthritis onset by bulk and single cell RNA and T cell antigen-receptor (TCR) sequencing. Our analyses reveal that despite their impaired proximal TCR signaling, a subset of SKG naïve CD4 T cells that have recently encountered endogenous antigen upregulate gene programs associated with positive regulation of T cell activation and cytokine signaling at higher levels than wild type cells in the pre-disease state. These arthritogenic cells also induce genes associated with negative regulation of T cell activation but do so less efficiently than wild type cells. Furthermore, their TCR sequences exhibit a previously unrecognized biased peripheral TCR Vβ repertoire likely driven by endogenous viral superantigens. These particular Vβs, known to recognize endogenous mouse mammary tumor virus (MMTV) superantigen, are further expanded in arthritic joints. Our results demonstrate that autoreactive naïve CD4 T cells which recognize endogenous viral superantigens are poised to cause disease by their altered transcriptome. Summary blurb Self-reactive SKG T cells that escaped negative selection harbor an independent defect in anergy that, together with chronic antigen stimulation, sets the stage for disease. Moreover, we propose a novel role for endogenous mouse mammary tumor virus (MMTV) superantigen in promoting arthritogenic T cell responses.

Abstract Zika virus (ZIKV) is a flavivirus transmitted via mosquitoes and sex to cause congenital neurodevelopmental defects, including microcephaly. Inherited forms of microcephaly (MCPH) are associated with disrupted centrosome organization. Similarly, we found that ZIKV infection disrupted centrosome organization. ZIKV infection disrupted the organization of centrosomal proteins including CEP63, a MCPH-associated protein. The ZIKV nonstructural protein NS3 bound CEP63, and expression of NS3 was sufficient to alter centrosome architecture and CEP63 localization. Loss of CEP63 suppressed ZIKV-induced centrosome disorganization, indicating that ZIKV requires CEP63 to disrupt centrosome organization. ZIKV infection or loss of CEP63 decreased the centrosomal localization and stability of TANK-binding kinase 1 (TBK1), a regulator of the innate immune response. ZIKV infection or loss of CEP63 also increased the centrosomal accumulation of the CEP63 interactors, Mindbomb1 (MIB1) and DTX4, ubiquitin ligases that respectively activate and degrade TBK1. Therefore, we propose that ZIKV NS3 binds CEP63 to increase centrosomal DTX4 localization and destabilization of TBK1, thereby tempering the innate immune response. In addition to identifying a mechanism by which CEP63 controls the innate immune responses in ZIKV infection, we propose that the altered centrosomal organization caused by altered CEP63 function may contribute to ZIKV-associated microcephaly.

Interstitial lung diseases (ILDs) are a heterogeneous group of disorders that can develop in patients with connective tissue diseases (CTD). Establishing autoimmunity in ILD impacts prognosis and treatment. ILD patients are screened for autoimmunity by assaying for anti-nuclear autoantibodies, rheumatoid factors and other non-specific tests. However, this approach has not been rigorously validated and may miss autoimmunity that manifests as autoantibodies to tissue antigens not previously defined in ILD. Here, we use Phage Immunoprecipitation-Sequencing (PhIP-Seq) to conduct a large, multi-center unbiased autoantibody discovery screen of ILD patients and controls. PhIP-Seq identified 17 novel autoreactive targets, and machine learning classifiers derived from these targets discriminated ILD serum from controls. Among these 17 candidates, we validated Cadherin Related Family Member 5 (CDHR5) as an autoantigen and found CDHR5 autoantibodies in patients with rheumatologic disorders and importantly, subjects not previously diagnosed with autoimmunity. Lung tissue of CDHR5 autoreactive patients showed transcriptional profiles consistent with activation of NFκB signaling and upregulation of chitotriosidase (CHIT1), a molecular pathway linked to fibrosis. Our study shows PhIP-Seq uncovers novel autoantibodies in ILD patients not revealed by standard clinical tests. Furthermore, CDHR5 autoantibodies may define a novel molecular endotype of ILD characterized by inflammation and fibrosis.

Abstract Lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) is a well-studied mammarenavirus that can be fatal in congenital infections. However, our understanding of LCMV and its interactions with human host factors remain incomplete. Here, host determinants affecting LCMV infection were investigated through a genome-wide CRISPR knockout screen in A549 cells, a human lung adenocarcinoma line. We identified and validated a variety of novel host factors that play a functional role in LCMV infection. Among these, knockout of the sialomucin CD164, a heavily glycosylated transmembrane protein, was found to ablate infection with multiple LCMV strains but not other hemorrhagic mammarenaviruses, in several cell types. Further characterization revealed a dependency of LCMV entry on the cysteine-rich domain of CD164, including a N-linked glycosylation site at residue 104 in that region. Given the documented role of LCMV with respect to transplacental human infections, CD164 expression was investigated in human placental tissue and placental cell lines. CD164 was found to be highly expressed in the cytotrophoblast cells, an initial contact site for pathogens within the placenta, and LCMV infection in placental cells was effectively blocked using a monoclonal antibody specific to the cysteine-rich domain of CD164. Together, this study identifies novel factors associated with LCMV infection of human tissues, and highlights the importance of CD164, a sialomucin that has previously not been associated with viral infection.