Tumor-infiltrating myeloid cells (TIMs) comprise monocytes, macrophages, dendritic cells, and neutrophils, and have emerged as key regulators of cancer growth. These cells can diversify into a spectrum of states, which might promote or limit tumor outgrowth but remain poorly understood. Here, we used single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) to map TIMs in non-small-cell lung cancer patients. We uncovered 25 TIM states, most of which were reproducibly found across patients. To facilitate translational research of these populations, we also profiled TIMs in mice. In comparing TIMs across species, we identified a near-complete congruence of population structures among dendritic cells and monocytes; conserved neutrophil subsets; and species differences among macrophages. By contrast, myeloid cell population structures in patients’ blood showed limited overlap with those of TIMs. This study determines the lung TIM landscape and sets the stage for future investigations into the potential of TIMs as immunotherapy targets.

Gut microbes make T cells keep the peace Our guts harbor trillions of microbial inhabitants, some of which regulate the types of immune cells that are present in the gut. For instance, Clostridium species of bacteria induce a type of T cell that promotes tolerance between the host and its microbial contents. Ohnmacht et al. and Sefik et al. characterized a population of gut regulatory T cells in mice, which required gut microbiota to survive. Multiple bacterial species of the microbiota could induce transcription factor–expressing regulatory T cells that helped maintain immune homeostasis. Mice engineered to lack these transcription factors exhibited enhanced susceptibility to colonic inflammation and had elevated amounts of proinflammatory molecules associated with allergies (see the Perspective by Hegazy and Powrie). Science , this issue pp. 989 and 993

CD4+ T regulatory cells (Treg) are central to immune homeostasis, their phenotypic heterogeneity reflecting the diverse environments and target cells that they regulate. To understand this heterogeneity, we combined single-cell RNA-seq, activation reporter and T cell receptor (TCR) analysis to profile thousands of Treg or conventional CD4+FoxP3– T cells (Tconv) from mouse lymphoid organs and human blood. Treg and Tconv pools showed areas of overlap, as resting ‘furtive’ Tregs with overall similarity to Tconvs or as a convergence of activated states. All Tregs expressed a small core of FoxP3-dependent transcripts, onto which additional programs were added less uniformly. Among suppressive functions, Il2ra and Ctla4 were quasiconstant, inhibitory cytokines being more sparsely distributed. TCR signal intensity did not affect resting/activated Treg proportions but molded activated Treg programs. The main lines of Treg heterogeneity in mice were strikingly conserved in human blood. These results reveal unexpected TCR-shaped states of activation, providing a framework to synthesize previous observations of Treg heterogeneity. Regulatory T (Treg) cells have distinct transcriptional programs underpinning their suppressive functions. Benoist and colleagues use single-cell RNA-seq to describe the transcriptional landscape of Treg cells and the effects of T cell–receptor signaling.

Much of the knowledge about cell differentiation and function in the immune system has come from studies in mice, but the relevance to human immunology, diseases, and therapy has been challenged, perhaps more from anecdotal than comprehensive evidence. To this end, we compare two large compendia of transcriptional profiles of human and mouse immune cell types. Global transcription profiles are conserved between corresponding cell lineages. The expression patterns of most orthologous genes are conserved, particularly for lineage-specific genes. However, several hundred genes show clearly divergent expression across the examined cell lineages, and among them, 169 genes did so even with highly stringent criteria. Finally, regulatory mechanisms—reflected by regulators’ differential expression or enriched cis -elements—are conserved between the species but to a lower degree, suggesting that distinct regulation may underlie some of the conserved transcriptional responses.

A bona fide portrayal of tumor growth Bone has a well-established role in advanced cancer. It provides a supportive microenvironment for the growth of metastatic cells that escape the primary tumor, which ultimately leads to loss of bone mass. Engblom et al. show that bone may also contribute to early-stage tumorigenesis through a mechanism that leads to an increase in bone mass (see the Perspective by Zhang and Lyden). In mouse models of lung adenocarcinoma, primary tumor cells remotely activated bone-resident cells called osteoblasts, which have a bone-building function. The activated osteoblasts in turn triggered production of a certain type of neutrophil that infiltrates the primary tumor and promotes its growth. Patients with early-stage lung cancer were also found to have an increase in bone density, consistent with the findings in mice. Science , this issue p. eaal5081 ; see also p. 1127

Adipose tissue T regs dynamically dialogue with stromal cells via the ST2:IL-33 axis in homeostasis and disease.

Abstract The COVID-19 pandemic demands assimilation of all available biomedical knowledge to decode its mechanisms of pathogenicity and transmission. Despite the recent renaissance in unsupervised neural networks for decoding unstructured natural languages, a platform for the real-time synthesis of the exponentially growing biomedical literature and its comprehensive triangulation with deep omic insights is not available. Here, we present the nferX platform for dynamic inference from over 45 quadrillion possible conceptual associations extracted from unstructured biomedical text, and their triangulation with Single Cell RNA-sequencing based insights from over 25 tissues. Using this platform, we identify intersections between the pathologic manifestations of COVID-19 and the comprehensive expression profile of the SARS-CoV-2 receptor ACE2. We find that tongue keratinocytes, airway club cells, and ciliated cells are likely underappreciated targets of SARS-CoV-2 infection, in addition to type II pneumocytes and olfactory epithelial cells. We further identify mature small intestinal enterocytes as a possible hotspot of COVID-19 fecal-oral transmission, where an intriguing maturation-correlated transcriptional signature is shared between ACE2 and the other coronavirus receptors DPP4 (MERS-CoV) and ANPEP (α-coronavirus). This study demonstrates how a holistic data science platform can leverage unprecedented quantities of structured and unstructured publicly available data to accelerate the generation of impactful biological insights and hypotheses. The nferX Platform Single-cell resource - https://academia.nferx.com/