Understanding the physiology and genetics of human hypoxia tolerance has important medical implications, but this phenomenon has thus far only been investigated in high-altitude human populations. Another system, yet to be explored, is humans who engage in breath-hold diving. The indigenous Bajau people (“Sea Nomads”) of Southeast Asia live a subsistence lifestyle based on breath-hold diving and are renowned for their extraordinary breath-holding abilities. However, it is unknown whether this has a genetic basis. Using a comparative genomic study, we show that natural selection on genetic variants in the PDE10A gene have increased spleen size in the Bajau, providing them with a larger reservoir of oxygenated red blood cells. We also find evidence of strong selection specific to the Bajau on BDKRB2, a gene affecting the human diving reflex. Thus, the Bajau, and possibly other diving populations, provide a new opportunity to study human adaptation to hypoxia tolerance.Video AbstracteyJraWQiOiI4ZjUxYWNhY2IzYjhiNjNlNzFlYmIzYWFmYTU5NmZmYyIsImFsZyI6IlJTMjU2In0.eyJzdWIiOiIyMzViYjE0NjQxOTY0N2U4NDk2MjNlYjMzODIzYjdlMSIsImtpZCI6IjhmNTFhY2FjYjNiOGI2M2U3MWViYjNhYWZhNTk2ZmZjIiwiZXhwIjoxNjc3OTI5NTI2fQ.COruHCSlkRjhWaL7fUJo-ByuBlq3nvqiyzsmKFelC3ckyDD_RCWpj5rHIf7jKK1wCxxaoSqoMNt6W-H7ugohjuhkpn6r_rEHtggnua8c_aOm2_lDr1pcFLcAf6x78Sy4SlL-u1nQSjV1wqHI32R6TL5mJ-XzaAQ6C5Z7yKpGsHvUem-qfNUmZ69mBMMNdD6fFEW-3AII6m7NxyGaKgmBnFKCQtsrNCTVoXPipDyJ_DP9i6PN0eycj5FBVNjZ8Wi3eddCIXgazC8K2BEtndkk0z1Jhvk7o4e5kkwhaV0FzmPj3myrCWFa31i9VU3brnWdsiYJrExwaeGExP3q2wXxwg(mp4, (9.88 MB) Download video

Immune responses are tightly regulated yet highly variable between individuals. To investigate human population variation of trained immunity, we immunized healthy individuals with Bacillus Calmette-Guérin (BCG). This live-attenuated vaccine induces not only an adaptive immune response against tuberculosis but also triggers innate immune activation and memory that are indicative of trained immunity. We established personal immune profiles and chromatin accessibility maps over a 90-day time course of BCG vaccination in 323 individuals. Our analysis uncovered genetic and epigenetic predictors of baseline immunity and immune response. BCG vaccination enhanced the innate immune response specifically in individuals with a dormant immune state at baseline, rather than providing a general boost of innate immunity. This study advances our understanding of BCG’s heterologous immune-stimulatory effects and trained immunity in humans. Furthermore, it highlights the value of epigenetic cell states for connecting immune function with genotype and the environment.

Abstract Expression quantitative trait loci (eQTL) studies are used to interpret the function of disease-associated genetic risk factors. To date, most eQTL analyses have been conducted in bulk tissues, such as whole blood and tissue biopsies, which are likely to mask the cell type context of the eQTL regulatory effects. Although this context can be investigated by generating transcriptional profiles from purified cell subpopulations, the current methods are labor-intensive and expensive. Here we introduce a new method, Decon2 , a statistical framework for estimating cell proportions using expression profiles from bulk blood samples (Decon-cell) and consecutive deconvolution of cell type eQTLs (Decon-eQTL). The estimated cell proportions from Decon-cell agree with experimental measurements across cohorts (R ≥ 0.77). Using Decon-cell we can predict the proportions of 34 circulating cell types for 3,194 samples from a population-based cohort. Next we identified 16,362 whole blood eQTLs and assign them to a cell type with Decon-eQTL using the predicted cell proportions from Decon-cell. Deconvoluted eQTLs show excellent allelic directional concordance with those of eQTL(≥ 96%) and chromatin mark QTL (≥87%) studies that used either purified cell subpopulations or single-cell RNA-seq. Our new method provides a way to assign cell type effects to eQTLs from bulk blood, which is useful in pinpointing the most relevant cell type for a certain complex disease. Decon2 is available as an R package and Java application ( https://github.com/molgenis/systemsgenetics/tree/master/Decon2 ), and as a web tool ( www.molgenis.org/deconvolution ).

Abstract People living with HIV (PLHIV) are exposed to chronic immune dysregulation, even when virus replication is suppressed by antiretroviral therapy (ART). Given the emerging role of the gut microbiome in immunity, we hypothesized that the gut microbiome may be related to the cytokine production capacity of PLHIV. To test this hypothesis, we collected metagenomic data from 143 ART-treated PLHIV and assessed the ex vivo production capacity of eight different cytokines (IL-1β, IL-6, IL-1Ra, IL-10, IL17, IL22, TNF and IFN-γ) in response to different stimuli. We also characterized CD4 + T cell–counts, HIV reservoir and other clinical parameters. Compared to 190 age- and sex-matched controls and a second independent control cohort, PLHIV showed microbial dysbiosis that was correlated with viral reservoir levels, cytokine production capacity and sexual behavior. Notably, we identified two genetically different P. copri strains that were enriched in either PLHIV or healthy controls. The control-enriched strain was negatively associated with IL-10, IL-6 and TNF production, independent of age, sex and sexual behavior, and positively associated with CD4 + T cell–level, whereas the PLHIV-enriched strain showed no associations. Our findings suggest that modulating the gut microbiome may be a strategy to modulate immune response in PLHIV. Novel Points We identified compositional and functional changes in the gut microbiome of PLHIV that were strongly related to sexual behavior. HIV-associated bacterial changes are negatively associated with HIV reservoir. The relative abundance of Firmicutes bacterium CAG 95 and Prevotella sp CAG 5226 both show a negative association with CD4 + T cell–associated HIV-1 DNA. Prevotella copri and Bacteroides vulgatus show association with PBMC production capacity of IL-1β and IL-10 that is independent of age, sex, BMI and sexual behavior. We observed two genetically different P. copri strains that are enriched in PLHIV and healthy individuals, respectively. The control-related P. copri strain specifically shows a negative association with IL-10, IL-6 and TNF production and a positive association with CD4 + T cell–level. This suggests it plays a potential protective role in chronic inflammation, which may be related to enrichment of a specific epitope peptide.

Abstract Bacillus Calmette-Guérin (BCG) is recommended as intravesical immunotherapy to reduce the risk of tumor recurrence in patients with non-muscle invasive bladder cancer (NMIBC). Currently, it is unknown whether intravesical BCG application induces trained immunity. Here, we found that intravesical BCG does induce trained immunity based on an increased production of TNF and IL-1β after heterologous ex-vivo stimulation of circulating monocytes 6- 12 weeks after intravesical BCG treatment; and a 37% decreased risk (OR 0.63 (95% CI 0.40- 1.01)) for respiratory infections in BCG-treated versus non-BCG-treated NMIBC patients. An epigenomics approach combining ChIP-sequencing and RNA-sequencing with in-vitro trained immunity experiments identified enhanced inflammasome activity in BCG-treated individuals. Finally, germline variation in genes that affect trained immunity was associated with recurrence and progression after BCG therapy in NMIBC, suggesting a link between trained immunity and oncological outcome.

We aimed to characterize calcium-containing crystals present in synovial fluid from patients with knee osteoarthritis (OA) using Raman spectroscopy, and specifically investigate the biological effects of calcite crystals.

Leishmaniasis is a collective term for several tropical, neglected diseases caused by protozoans of the species Leishmania, 20 of which causing disease in humans ranging from localised self-healing lesions to chronic manifestations which affect the skin or inner organs. Although millions of infections are accounted for annually, treatment options are scarce and limited to medication associated with heavy side-effects and increasing antibiotic resistance. Case studies point towards immunotherapy as effective alternative treatment relying on immunomodulatory properties of e.g., the Bacillus Calmette-Guérin vaccine. Leishmania parasites are also known to modulate the immune system, yet the underlying macromolecules and surface molecules remain widely under characterised. With this short review, we aim to provide a complete summary of the existing literature describing one of the most expressed surface molecule on Leishmania spp, lipophosphoglycan (LPG), which shows great variability between different lifecycle stages and different Leishmania spp. Complete characterisation of LPG may aid to improve treatment and aid the development of vaccination strategies, and open new avenues to exploit the immunomodulatory properties of LPG in unrelated conditions.

Background: The ABCG2 Q141K (rs2231142) and rs10011796 variants associate with hyperuricaemia (HU). The effect size of ABCG2 rs2231142 on urate is ~60% that of SLC2A9, yet the effect size on gout is greater. We tested the hypothesis that ABCG2 plays a role in the progression from HU to gout by testing for association of ABCG2 rs2231142 and rs10011796 with gout using HU controls. Methods: We analysed 1,699 European gout cases and 14,350 normourciemic (NU) and HU controls, and 912 New Zealand (NZ) Polynesian (divided into Eastern and Western Polynesian) gout cases and 696 controls. Association testing was performed using logistic and linear regression with multivariate adjusting for confounding variables. Results: In Europeans and Polynesians, the ABCG2 141K (T) allele was associated with gout using HU controls (OR=1.85, P=3.8E-21 and ORmeta=1.85, P=1.3E-03, respectively). There was evidence for an effect of 141K in determining HU in European (OR=1.56, P=1.7E-18) but not in Polynesian (ORmeta=1.49, P=0.057). For SLC2A9 rs11942223, the T allele associated with gout in the presence of HU in European (OR=1.37, P=4.7E-06), however significantly weaker than ABCG2 rs2231142 141K (PHet=0.0023). In Western Polynesian and European, there was epistatic interaction between ABCG2 rs2231142 and the genetically-independent rs10011796. Combining the presence of the 141K allele with the rs10011796 CC-genotype increased gout risk, in the presence of HU, 21.5-fold in Western Polynesian (P=0.009) and 2.6-fold in European (P=9.9E-06). The 141K allele positively associated with flare frequency in Polynesian (Pmeta=2.5E-03). Conclusion: These data are consistent with a role for ABCG2 141K in gout in the presence of established HU.

Abstract As our ancestors migrated throughout the different continents, natural selection increased the presence of alleles advantageous in the new environments. Heritable variations that alter the susceptibility to diseases vary with the historical period, the virulence of the infections, and their geographical spread. In this study we built polygenic scores for heritable traits influencing the genetic adaptation in the production of cytokines and immune-mediated disorders, including infectious, inflammatory, and autoimmune diseases, and applied them to the genomes of several ancient European populations. We observed that the advent of the Neolithic was a turning point for immune-mediated traits in Europeans, favoring those alleles linked with the development of tolerance against intracellular pathogens and promoting inflammatory responses against extracellular microbes. These evolutionary patterns are also associated with an increased presence of traits related to inflammatory and auto-immune diseases.

Abstract Background Male sex and old age are risk factors for COVID-19 severity, but the underlying causes are unknown. A possible explanation for this might be the differences in immunological profiles in males and the elderly before the infection. Given the seasonal profile of COVID-19, the seasonal response against SARS-CoV-2 could also be different in these groups. Methods The abundance of circulating proteins and immune populations associated with severe COVID-19 was analyzed in 2 healthy cohorts. PBMCs of female, male, young, and old subjects in different seasons of the year were stimulated with heat-inactivated SARS-CoV-2. Result Several T cell subsets, which are known to be depleted in severe COVID-19 patients, were intrinsically less abundant in men and older individuals. Plasma proteins increasing with disease severity, including HGF, IL-8, and MCP-1, were more abundant in the elderly and males. The elderly produced significantly more IL-1RA and had a dysregulated IFNγ response with lower production in the summer compared with young individuals. Conclusions The immune characteristics of severe COVID-19, described by a differential abundance of immune cells and circulating inflammatory proteins, are intrinsically present in healthy men and the elderly. This might explain the susceptibility of men and the elderly to SARS-CoV-2 infection. Summary Immunological profile of severe COVID-19, characterized by altered immune cell populations and inflammatory plasma proteins is intrinsically present in healthy men and the elderly. Different age and sex groups show distinct seasonal responses to SARS-CoV-2.