Interindividual clinical variability in the course of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection is vast. We report that at least 101 of 987 patients with life-threatening coronavirus disease 2019 (COVID-19) pneumonia had neutralizing immunoglobulin G (IgG) autoantibodies (auto-Abs) against interferon-ω (IFN-ω) (13 patients), against the 13 types of IFN-α (36), or against both (52) at the onset of critical disease; a few also had auto-Abs against the other three type I IFNs. The auto-Abs neutralize the ability of the corresponding type I IFNs to block SARS-CoV-2 infection in vitro. These auto-Abs were not found in 663 individuals with asymptomatic or mild SARS-CoV-2 infection and were present in only 4 of 1227 healthy individuals. Patients with auto-Abs were aged 25 to 87 years and 95 of the 101 were men. A B cell autoimmune phenocopy of inborn errors of type I IFN immunity accounts for life-threatening COVID-19 pneumonia in at least 2.6% of women and 12.5% of men.

Humans expressing a defective form of the transcription factor AIRE (autoimmune regulator) develop multiorgan autoimmune disease. We used aire - deficient mice to test the hypothesis that this transcription factor regulates autoimmunity by promoting the ectopic expression of peripheral tissue– restricted antigens in medullary epithelial cells of the thymus. This hypothesis proved correct. The mutant animals exhibited a defined profile of autoimmune diseases that depended on the absence of aire in stromal cells of the thymus. Aire-deficient thymic medullary epithelial cells showed a specific reduction in ectopic transcription of genes encoding peripheral antigens. These findings highlight the importance of thymically imposed “central” tolerance in controlling autoimmunity.

Aire promotes the tolerization of thymocytes by inducing the expression of a battery of peripheral-tissue antigens in thymic medullary epithelial cells. We demonstrate that the cellular mechanism by which Aire exerts its tolerance-promoting function is not primarily positive selection of regulatory T cells, but rather negative selection of T effector cells. Surprisingly, supplementing its influence on the transcription of genes encoding peripheral-tissue antigens, Aire somehow enhances the antigen-presentation capability of medullary epithelial cells. Thus, this transcriptional control element promotes central tolerance both by furnishing a specific thymic stromal cell type with a repertoire of self antigens and by better arming such cells to present these antigens to differentiating thymocytes. In Aire's absence, autoimmunity and ultimately overt autoimmune disease develops.

A new regulatory T (T reg) cell–specific, FoxP3-GFP-hCre bacterial artificial chromosome transgenic mouse was crossed to a conditional Dicer knockout (KO) mouse strain to analyze the role of microRNAs (miRNAs) in the development and function of T reg cells. Although thymic T reg cells developed normally in this setting, the cells showed evidence of altered differentiation and dysfunction in the periphery. Dicer-deficient T reg lineage cells failed to remain stable, as a subset of cells down-regulated the T reg cell–specific transcription factor FoxP3, whereas the majority expressed altered levels of multiple genes and proteins (including Neuropilin 1, glucocorticoid-induced tumor necrosis factor receptor, and cytotoxic T lymphocyte antigen 4) associated with the T reg cell fingerprint. In fact, a significant percentage of the T reg lineage cells took on a T helper cell memory phenotype including increased levels of CD127, interleukin 4, and interferon γ. Importantly, Dicer-deficient T reg cells lost suppression activity in vivo; the mice rapidly developed fatal systemic autoimmune disease resembling the FoxP3 KO phenotype. These results support a central role for miRNAs in maintaining the stability of differentiated T reg cell function in vivo and homeostasis of the adaptive immune system.

Multiple sclerosis (MS) is a heterogenous autoimmune disease in which autoreactive lymphocytes attack the myelin sheath of the central nervous system. B lymphocytes in the cerebrospinal fluid (CSF) of patients with MS contribute to inflammation and secrete oligoclonal immunoglobulins1,2. Epstein-Barr virus (EBV) infection has been epidemiologically linked to MS, but its pathological role remains unclear3. Here we demonstrate high-affinity molecular mimicry between the EBV transcription factor EBV nuclear antigen 1 (EBNA1) and the central nervous system protein glial cell adhesion molecule (GlialCAM) and provide structural and in vivo functional evidence for its relevance. A cross-reactive CSF-derived antibody was initially identified by single-cell sequencing of the paired-chain B cell repertoire of MS blood and CSF, followed by protein microarray-based testing of recombinantly expressed CSF-derived antibodies against MS-associated viruses. Sequence analysis, affinity measurements and the crystal structure of the EBNA1-peptide epitope in complex with the autoreactive Fab fragment enabled tracking of the development of the naive EBNA1-restricted antibody to a mature EBNA1-GlialCAM cross-reactive antibody. Molecular mimicry is facilitated by a post-translational modification of GlialCAM. EBNA1 immunization exacerbates disease in a mouse model of MS, and anti-EBNA1 and anti-GlialCAM antibodies are prevalent in patients with MS. Our results provide a mechanistic link for the association between MS and EBV and could guide the development of new MS therapies.

The prevention of autoimmunity requires the elimination of self-reactive T cells during their development and maturation. The expression of diverse self-antigens by stromal cells in the thymus is essential to this process and depends, in part, on the activity of the autoimmune regulator ( Aire ) gene. Here we report the identification of extrathymic Aire -expressing cells (eTACs) resident within the secondary lymphoid organs. These stromally derived eTACs express a diverse array of distinct self-antigens and are capable of interacting with and deleting naïve autoreactive T cells. Using two-photon microscopy, we observed stable antigen-specific interactions between eTACs and autoreactive T cells. We propose that such a secondary network of self-antigen–expressing stromal cells may help reinforce immune tolerance by preventing the maturation of autoreactive T cells that escape thymic negative selection.

In the small intestine, type 2 responses are regulated by a signaling circuit that involves tuft cells and group 2 innate lymphoid cells (ILC2s). Here, we identified the microbial metabolite succinate as an activating ligand for small intestinal (SI) tuft cells. Sequencing analyses of tuft cells isolated from the small intestine, gall bladder, colon, thymus, and trachea revealed that expression of tuft cell chemosensory receptors is tissue specific. SI tuft cells expressed the succinate receptor (SUCNR1), and providing succinate in drinking water was sufficient to induce a multifaceted type 2 immune response via the tuft-ILC2 circuit. The helminth Nippostrongylus brasiliensis and a tritrichomonad protist both secreted succinate as a metabolite. In vivo sensing of the tritrichomonad required SUCNR1, whereas N. brasiliensis was SUCNR1 independent. These findings define a paradigm wherein tuft cells monitor microbial metabolites to initiate type 2 immunity and suggest the existence of other sensing pathways triggering the response to helminths.

Unbiased genetic studies have uncovered surprising molecular mechanisms in human cellular immunity and autoimmunity. We performed whole-exome sequencing and targeted sequencing in five families with an apparent mendelian syndrome of autoimmunity characterized by high-titer autoantibodies, inflammatory arthritis and interstitial lung disease. We identified four unique deleterious variants in the COPA gene (encoding coatomer subunit α) affecting the same functional domain. Hypothesizing that mutant COPA leads to defective intracellular transport via coat protein complex I (COPI), we show that COPA variants impair binding to proteins targeted for retrograde Golgi-to-ER transport. Additionally, expression of mutant COPA results in ER stress and the upregulation of cytokines priming for a T helper type 17 (TH17) response. Patient-derived CD4(+) T cells also demonstrate significant skewing toward a TH17 phenotype that is implicated in autoimmunity. Our findings uncover an unexpected molecular link between a vesicular transport protein and a syndrome of autoimmunity manifested by lung and joint disease.

Appropriate use and interpretation of serological tests for assessments of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) exposure, infection and potential immunity require accurate data on assay performance. We conducted a head-to-head evaluation of ten point-of-care-style lateral flow assays (LFAs) and two laboratory-based enzyme-linked immunosorbent assays to detect anti-SARS-CoV-2 IgM and IgG antibodies in 5-d time intervals from symptom onset and studied the specificity of each assay in pre-coronavirus disease 2019 specimens. The percent of seropositive individuals increased with time, peaking in the latest time interval tested (>20 d after symptom onset). Test specificity ranged from 84.3% to 100.0% and was predominantly affected by variability in IgM results. LFA specificity could be increased by considering weak bands as negative, but this decreased detection of antibodies (sensitivity) in a subset of SARS-CoV-2 real-time PCR-positive cases. Our results underline the importance of seropositivity threshold determination and reader training for reliable LFA deployment. Although there was no standout serological assay, four tests achieved more than 80% positivity at later time points tested and more than 95% specificity. Of 12 serology assays tested, four detect antibodies in more than 80% of patients with COVID-19.

The authors use tiled CRISPR activation for functional enhancer discovery across two autoimmunity risk loci, CD69 and IL2RA, and identify elements with features of stimulus-responsive enhancers, including an IL2RA enhancer that harbours a fine-mapped autoimmunity risk variant. Enhancers are gene regulatory elements that shape cell-type-specific transcriptional programs and responses to specific extracellular cues. Mapping enhancer function is challenging because of our limited understanding of the cellular context in which each enhancer contributes to gene regulation. Here, Alexander Marson and colleagues use a tiled CRISPR activation (CRISPRa) approach for functional enhancer discovery across two autoimmunity risk loci: CD69 and IL2RA. They identify several elements with features of stimulus-responsive enhancers, including an IL2RA enhancer that contains an autoimmunity risk variant. This approach should be useful for discovering functional enhancers without prior knowledge of their specific biological context. The majority of genetic variants associated with common human diseases map to enhancers, non-coding elements that shape cell-type-specific transcriptional programs and responses to extracellular cues1,2,3. Systematic mapping of functional enhancers and their biological contexts is required to understand the mechanisms by which variation in non-coding genetic sequences contributes to disease. Functional enhancers can be mapped by genomic sequence disruption4,5,6, but this approach is limited to the subset of enhancers that are necessary in the particular cellular context being studied. We hypothesized that recruitment of a strong transcriptional activator to an enhancer would be sufficient to drive target gene expression, even if that enhancer was not currently active in the assayed cells. Here we describe a discovery platform that can identify stimulus-responsive enhancers for a target gene independent of stimulus exposure. We used tiled CRISPR activation (CRISPRa)7 to synthetically recruit a transcriptional activator to sites across large genomic regions (more than 100 kilobases) surrounding two key autoimmunity risk loci, CD69 and IL2RA. We identified several CRISPRa-responsive elements with chromatin features of stimulus-responsive enhancers, including an IL2RA enhancer that harbours an autoimmunity risk variant. Using engineered mouse models, we found that sequence perturbation of the disease-associated Il2ra enhancer did not entirely block Il2ra expression, but rather delayed the timing of gene activation in response to specific extracellular signals. Enhancer deletion skewed polarization of naive T cells towards a pro-inflammatory T helper (TH17) cell state and away from a regulatory T cell state. This integrated approach identifies functional enhancers and reveals how non-coding variation associated with human immune dysfunction alters context-specific gene programs.