Recent studies have identified critical roles for B cells in triggering autoimmune germinal centers (GCs) in systemic lupus erythematosus (SLE) and other disorders. The mechanisms whereby B cells facilitate loss of T cell tolerance, however, remain incompletely defined. Activated B cells produce interleukin 6 (IL-6), a proinflammatory cytokine that promotes T follicular helper (TFH) cell differentiation. Although B cell IL-6 production correlates with disease severity in humoral autoimmunity, whether B cell-derived IL-6 is required to trigger autoimmune GCs has not, to our knowledge, been addressed. Here, we report the unexpected finding that a lack of B cell-derived IL-6 abrogates spontaneous GC formation in mouse SLE, resulting in loss of class-switched autoantibodies and protection from systemic autoimmunity. Mechanistically, B cell IL-6 production was enhanced by IFN-γ, consistent with the critical roles for B cell-intrinsic IFN-γ receptor signals in driving autoimmune GC formation. Together, these findings identify a key mechanism whereby B cells drive autoimmunity via local IL-6 production required for TFH differentiation and autoimmune GC formation.

Dysregulated germinal center (GC) responses are implicated in the pathogenesis of human autoimmune diseases, including systemic lupus erythematosus (SLE). Although both type 1 and type 2 interferons (IFNs) are involved in lupus pathogenesis, their respective impacts on the establishment of autoimmune GCs has not been addressed. In this study, using a chimeric model of B cell-driven autoimmunity, we demonstrate that B cell type 1 IFN receptor signals accelerate, but are not required for, lupus development. In contrast, B cells functioning as antigen-presenting cells initiate CD4(+) T cell activation and IFN-γ production, and strikingly, B cell-intrinsic deletion of the IFN-γ receptor (IFN-γR) abrogates autoimmune GCs, class-switched autoantibodies (auto-Abs), and systemic autoimmunity. Mechanistically, although IFN-γR signals increase B cell T-bet expression, B cell-intrinsic deletion of T-bet exerts an isolated impact on class-switch recombination to pathogenic auto-Ab subclasses without impacting GC development. Rather, in both mouse and human B cells, IFN-γ synergized with B cell receptor, toll-like receptor, and/or CD40 activation signals to promote cell-intrinsic expression of the GC master transcription factor, B cell lymphoma 6 protein. Our combined findings identify a novel B cell-intrinsic mechanism whereby IFN signals promote lupus pathogenesis, implicating this pathway as a potential therapeutic target in SLE.

Children with systemic lupus erythematosus (SLE) are at increased risk of developing kidney disease, termed childhood-onset lupus nephritis (cLN). Single-cell transcriptomics of dissociated kidney tissue has advanced our understanding of LN pathogenesis, but loss of spatial resolution prevents interrogation of in situ cellular interactions. Using a technical advance in spatial transcriptomics, we generated a spatially resolved, single-cell resolution atlas of kidney tissue from eight patients with cLN and four control individuals. Annotated cells were assigned to 30 reference cell types, including major kidney subsets and infiltrating immune cells. Analysis of spatial distribution demonstrated that individual immune lineages localized to specific regions in cLN kidneys, including myeloid cells that trafficked to inflamed glomeruli and B cells that clustered within tubulointerstitial immune hotspots. Gene expression varied as a function of tissue location, demonstrating how incorporation of spatial data can provide new insights into the immunopathogenesis of SLE. Alterations in immune phenotypes were accompanied by parallel changes in gene expression by resident kidney stromal cells. However, there was little correlation between histologic scoring of cLN disease activity and glomerular cell transcriptional signatures at the level of individual glomeruli. Last, we identified modules of spatially correlated gene expression with predicted roles in induction of inflammation and the development of tubulointerstitial fibrosis. Single-cell spatial transcriptomics allowed insights into the molecular heterogeneity of cLN, paving the way toward more targeted and personalized treatment approaches.

Abstract Accurate cell typing is fundamental to analysis of spatial single-cell transcriptomics, but legacy scRNA-seq algorithms can underperform in this new type of data. We have developed a cell typing algorithm, Insitutype, designed for statistical and computational efficiency in spatial transcriptomics data. Insitutype is based on a likelihood model that weighs the evidence from every expression value, extracting all the information available in each cell’s expression profile. This likelihood model underlies a Bayes classifier for supervised cell typing, and an Expectation-Maximization algorithm for unsupervised and semi-supervised clustering. Insitutype also leverages alternative data types collected in spatial studies, such as cell images and spatial context, by using them to inform prior probabilities of cell type calls. We demonstrate rapid clustering of millions of cells and accurate fine-grained cell typing of kidney and non-small cell lung cancer samples.

Children with systemic lupus erythematosus (SLE) are at increased risk of developing kidney disease, termed childhood-onset lupus nephritis (cLN). Single cell transcriptomics of dissociated kidney tissue has advanced our understanding of LN pathogenesis, but loss of spatial resolution prevents interrogation of in situ cellular interactions. Using a technical advance in spatial transcriptomics, we generated a spatially resolved, single cell resolution atlas of kidney tissue (>400,000 cells) from eight cLN patients and two controls. Annotated cells were assigned to 35 reference cell types, including major kidney subsets and infiltrating immune cells. Analysis of spatial distribution demonstrated that individual immune lineages localize to specific regions in cLN kidneys, including myeloid cells trafficking to inflamed glomeruli and B cells clustering within tubulointerstitial immune hotspots. Notably, gene expression varied as a function of tissue location, demonstrating how incorporation of spatial data can provide new insights into the immunopathogenesis of SLE. Alterations in immune phenotypes were accompanied by parallel changes in gene expression by resident kidney stromal cells. However, there was little correlation between histologic scoring of cLN disease activity and glomerular cell transcriptional signatures at the level of individual glomeruli. Finally, we identified modules of spatially-correlated gene expression with predicted roles in induction of inflammation and the development of tubulointerstitial fibrosis. In summary, single cell spatial transcriptomics allows unprecedented insights into the molecular heterogeneity of cLN, paving the way towards more targeted and personalized treatment approaches.