Improved understanding and management of COVID-19, a potentially life-threatening disease, could greatly reduce the threat posed by its etiologic agent, SARS-CoV-2. Toward this end, we have identified a core peripheral blood immune signature across 63 hospital-treated patients with COVID-19 who were otherwise highly heterogeneous. The signature includes discrete changes in B and myelomonocytic cell composition, profoundly altered T cell phenotypes, selective cytokine/chemokine upregulation and SARS-CoV-2-specific antibodies. Some signature traits identify links with other settings of immunoprotection and immunopathology; others, including basophil and plasmacytoid dendritic cell depletion, correlate strongly with disease severity; while a third set of traits, including a triad of IP-10, interleukin-10 and interleukin-6, anticipate subsequent clinical progression. Hence, contingent upon independent validation in other COVID-19 cohorts, individual traits within this signature may collectively and individually guide treatment options; offer insights into COVID-19 pathogenesis; and aid early, risk-based patient stratification that is particularly beneficial in phasic diseases such as COVID-19. A common immune signature in the blood of patients with COVID-19, who are otherwise clinically heterogeneous, sheds light into the pathogenesis and clinical progression of the disease.

In mammals, cadmium is widely considered as a non-genotoxic carcinogen acting through a methylation-dependent epigenetic mechanism. Here, the effects of Cd treatment on the DNA methylation patten are examined together with its effect on chromatin reconfiguration in Posidonia oceanica. DNA methylation level and pattern were analysed in actively growing organs, under short- (6 h) and long- (2 d or 4 d) term and low (10 μM) and high (50 μM) doses of Cd, through a Methylation-Sensitive Amplification Polymorphism technique and an immunocytological approach, respectively. The expression of one member of the CHROMOMETHYLASE (CMT) family, a DNA methyltransferase, was also assessed by qRT-PCR. Nuclear chromatin ultrastructure was investigated by transmission electron microscopy. Cd treatment induced a DNA hypermethylation, as well as an up-regulation of CMT, indicating that de novo methylation did indeed occur. Moreover, a high dose of Cd led to a progressive heterochromatinization of interphase nuclei and apoptotic figures were also observed after long-term treatment. The data demonstrate that Cd perturbs the DNA methylation status through the involvement of a specific methyltransferase. Such changes are linked to nuclear chromatin reconfiguration likely to establish a new balance of expressed/repressed chromatin. Overall, the data show an epigenetic basis to the mechanism underlying Cd toxicity in plants.

The immune microenvironment influences tumour evolution and can be both prognostic and predict response to immunotherapy1,2. However, measurements of tumour infiltrating lymphocytes (TILs) are limited by a shortage of appropriate data. Whole-exome sequencing (WES) of DNA is frequently performed to calculate tumour mutational burden and identify actionable mutations. Here we develop T cell exome TREC tool (T cell ExTRECT), a method for estimation of T cell fraction from WES samples using a signal from T cell receptor excision circle (TREC) loss during V(D)J recombination of the T cell receptor-α gene (TCRA (also known as TRA)). TCRA T cell fraction correlates with orthogonal TIL estimates and is agnostic to sample type. Blood TCRA T cell fraction is higher in females than in males and correlates with both tumour immune infiltrate and presence of bacterial sequencing reads. Tumour TCRA T cell fraction is prognostic in lung adenocarcinoma. Using a meta-analysis of tumours treated with immunotherapy, we show that tumour TCRA T cell fraction predicts immunotherapy response, providing value beyond measuring tumour mutational burden. Applying T cell ExTRECT to a multi-sample pan-cancer cohort reveals a high diversity of the degree of immune infiltration within tumours. Subclonal loss of 12q24.31–32, encompassing SPPL3, is associated with reduced TCRA T cell fraction. T cell ExTRECT provides a cost-effective technique to characterize immune infiltrate alongside somatic changes. A robust, cost-effective technique based on whole-exome sequencing data can be used to characterize immune infiltrates, relate the extent of these infiltrates to somatic changes in tumours, and enables prediction of tumour responses to immune checkpoint inhibition therapy.

Abstract CRISPR-Cas9 genome editing is a promising technique for clinical applications, such as the correction of disease-associated alleles in somatic cells. The use of this approach has also been discussed in the context of heritable editing of the human germline. However, studies assessing gene correction in early human embryos report low efficiency of mutation repair, high rates of mosaicism and the possibility of unintended editing outcomes that may have pathologic consequences. We developed computational pipelines to assess single-cell genomics and transcriptomics datasets from OCT4 ( POU5F1 ) CRISPR-Cas9-targeted and control human preimplantation embryos. This allowed us to evaluate on-target mutations that would be missed by more conventional genotyping techniques. We observed loss-of-heterozygosity in edited cells that spanned regions beyond the POU5F1 on-target locus, as well as segmental loss and gain of chromosome 6, on which the POU5F1 gene is located. Unintended genome editing outcomes were present in approximately 16% of the human embryo cells analysed and spanned 4 to 20kb. Our observations are consistent with recent findings indicating complexity at on-target sites following CRISPR-Cas9 genome editing. Our work underscores the importance of further basic research to assess the safety of genome editing techniques in human embryos, which will inform debates about the potential clinical use of this technology.

We examined the immunogenicity of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variant B.1.1.7 that arose in the United Kingdom and spread globally. Antibodies elicited by B.1.1.7 infection exhibited significantly reduced recognition and neutralisation of parental strains or of the South Africa B.1.351 variant, than of the infecting variant. The drop in cross-reactivity was more pronounced following B.1.1.7 than parental strain infection, indicating asymmetric heterotypic immunity induced by SARS-CoV-2 variants.

Abstract Several common-cold coronaviruses (HCoVs) are endemic in humans and several variants of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) have emerged during the current Coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic. Whilst antibody cross-reactivity with the Spike glycoproteins (S) of diverse coronaviruses has been documented, it remains unclear whether such antibody responses, typically targeting the conserved S2 subunit, contribute to or mediate protection, when induced naturally or through vaccination. Using a mouse model, we show that prior HCoV-OC43 S immunity primes neutralising antibody responses to otherwise subimmunogenic SARS-CoV-2 S exposure and promotes S2-targeting antibody responses. Moreover, mouse vaccination with SARS-CoV-2 S2 elicits antibodies that neutralise diverse animal and human alphacoronaviruses and betacoronaviruses in vitro , and protects against SARS-CoV-2 challenge in vivo . Lastly, in mice with a history of SARS-CoV-2 Wuhan-based S vaccination, further S2 vaccination induces stronger and broader neutralising antibody response than booster Wuhan S vaccination, suggesting it may prevent repertoire focusing caused by repeated homologous vaccination. The data presented here establish the protective value of an S2-targeting vaccine and support the notion that S2 vaccination may better prepare the immune system to respond to the changing nature of the S1 subunit in SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs), as well as to unpredictable, yet inevitable future coronavirus zoonoses.

Mucosal-associated invariant T (MAIT) cells, the most abundant unconventional T cells in the lung, have been recently linked to tissue protection and repair. Their role, especially in sterile lung injury, is unknown. Using single cell RNA sequencing (scRNA-seq), spectral analysis and adoptive transfer in a bleomycin-induced sterile lung injury, we found that bleomycin activates murine pulmonary MAIT cells and induces an accompanying tissue repair programme, associated with a protective role against bleomycin-induced lung injury. MAIT cells drive the accumulation of type 1 conventional dendritic cells (cDC1), limiting tissue damage in a DNGR-1 dependent manner. Human scRNA-seq data revealed that MAIT cells were activated, with increased cDC populations in idiopathic pulmonary fibrosis patients. Thus, MAIT cells enhance defence against sterile lung injury by fostering cDC1-driven anti-fibrotic pathways.

Summary Transient lysosomal damage after infection with cytosolic pathogens or silica crystals uptake results in protease leakage. Whether limited leakage of lysosomal contents into the cytosol affects the function of cytoplasmic organelles is unknown. Here, we show that sterile and non-sterile lysosomal damage triggers a cell death independent proteolytic remodelling of the mitochondrial proteome in macrophages. Mitochondrial metabolic reprogramming required lysosomal leakage of Cathepsin B and Cathepsin L and was independent of proteasome degradation and mitophagy. In a mouse model of endomembrane damage, metabolic analysis confirmed that in vivo, live lung macrophages that internalised crystals displayed impaired mitochondrial function and increased glycolytic and lipid metabolism. Single-cell RNA-sequencing analysis of bronchoalveolar lavage revealed that lysosomal damage skewed metabolic and immune responses primarily in CD36 + /LIPA + and Krt79 + /Car4 + subsets of alveolar macrophages. Importantly, modulation of macrophage metabolism with 2-Deoxy- d- glucose and oxamate impacted the host response to Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infection in an endomembrane damage dependent manner. This work uncovers a new inter-organelle communication pathway, providing a general mechanism by which macrophages undergo mitochondrial metabolic reprograming after endomembrane damage.

The human brain undergoes protracted post-natal maturation, guided by dynamic changes in gene expression. To date, studies exploring these processes have used bulk tissue analyses, which mask cell type-specific gene expression dynamics. Here, using single nucleus (sn)RNA-seq on temporal lobe tissue, including samples of African ancestry, we build a joint paediatric and adult atlas of 54 cell subtypes, which we verify with spatial transcriptomics. We explore the differences in cell states between paediatric and adult cell types, revealing the genes and pathways that change during brain maturation. Our results highlight excitatory neuron subtypes, including the LTK and FREM subtypes, that show elevated expression of genes associated with cognition and synaptic plasticity in paediatric tissue. The new resources we present here improve our understanding of the brain during a critical period of its development and contribute to global efforts to build an inclusive cell map of the brain.