Abstract Single nucleotide polymorphisms (SNP) near the ERAP2 gene are associated with autoimmune conditions such as Crohn’s disease , and birdshot chorioretinopathy , as well as protection against lethal infections, including the Black Death . Due to high linkage disequilibrium (LD), a great number of trait-associated SNPs are correlated with ERAP2 expression, however their functional mechanisms remain unidentified. We used genome editing and functional genomics to identify causal variants that remain obscured by LD. We demonstrate by reciprocal allelic replacement that ERAP2 expression is directly controlled by the genotype of splice region SNP rs2248374. However, we demonstrate that autoimmune disease-risk SNPs located near the downstream LNPEP gene promoter are independently associated with ERAP2 expression. Allele-specific conformation capture assays revealed long-range chromatin contacts between the LNPEP promoter region and the ERAP2 promoter and showed that interactions were stronger in patients carrying the alleles that increase susceptibility to autoimmune diseases. Replacing the disease-associated SNPs in the LNPEP promoter by reference sequences lowered ERAP2 expression. These findings show that clustered GWAS signals associated with diverse autoimmune conditions and lethal infections act in concert to control ERAP2 expression and that disease-associated variants can convert a gene promoter region into a potent enhancer of a distal gene.

ABSTRACT Objectives To identify key disease pathways driving conventional dendritic cell (cDC) alterations in Systemic Sclerosis (SSc). Methods Transcriptomic profiling was performed on peripheral blood CD1c+ cDCs (cDC2s) isolated from 12 healthy donors and 48 SSc patients with all major disease subtypes. Differential expression analysis comparing the different SSc subtypes and healthy donors was performed to uncover genes dysregulated in SSc. To identify biologically relevant pathways, a gene co-expression network was built using Weighted Gene Correlation Network Analysis. We validated the role of key transcriptional regulators using ChIP-sequencing and in vitro functional assays. Results We identified 17 modules of co-expressed genes in cDC2s that correlated with SSc subtypes and key clinical traits including auto-antibodies, skin score, and occurrence of interstitial lung disease. A module of immune regulatory genes was markedly down regulated in patients with the diffuse SSc subtype characterized by severe fibrosis. Transcriptional regulatory network analysis performed on this module predicted NR4A (nuclear receptor 4A) subfamily ( NR4A1, NR4A2, NR4A3 ) genes as the key transcriptional mediators of inflammation. Indeed, ChIP-sequencing analysis supported that these NR4A members target numerous differentially expressed genes in SSc cDC2s. Inclusion of NR4A receptor agonists in culture-based experiments provided functional proof that dysregulation of NR4As affects cytokine production by cDC2s and modulates downstream T-cell activation. Conclusions NR4A1, NR4A2 and NR4A3 are important regulators of immunosuppressive and fibrosis-associated pathways in SSc cDC2s. Thus, the NR4A family represent novel potential targets to restore cDC homeostasis in SSc. KEY MESSAGES What is already known about this subject? CD1c+ conventional dendritic cells (cDC2s) are implicated as key players in Systemic Sclerosis (SSc), but key molecular mechanisms underlying their dysregulation were unknown. What does this study add? Transcriptomic analysis and network analysis identified modules of coexpressed genes in cDC2s that correlated with SSc subtypes and key clinical traits. The NR4A (nuclear receptor 4A) subfamily ( NR4A1, NR4A2, NR4A3 ) genes act as master regulators of key immune regulatory genes dysregulated in SSc cDC2s, as shown by multi-omics integration analysis using transcriptomics and targeted ChIP-sequencing. Pharmacological activation of NR4As inhibits pro-inflammatory cytokine production and CD4+ T-cell activation by cDC2s. How might this impact on clinical practice or future developments? NR4As are attractive candidates for novel treatment options to attenuate pro-inflammatory and pro-fibrotic responses in SSc patients.

Purpose: The pathogenesis of keratoconus (KC) is multifactorial and associated with oxidative stress and subsequent DNA damage. The aim of this study was to investigate differences in DNA damage and replicative stress in patients with KC, and in both healthy and diseased controls. Methods: Sixty-four corneal buttons were obtained from 27 patients with KC after corneal transplant surgery, 21 patients with a decompensated graft (DG), and 16 healthy controls (HC). The amount of intact Alu elements per genome copy as measured by qPCR was used to quantify intact DNA. Telomere length was measured as a proxy for replicative stress. In addition, telomerase reverse transcriptase (hTERT) gene expression level was assessed. Results: Mean (±SD) DNA damage was similar between the KC (5.56 ±14.08), DG (3.16 ±8.22), and HC (3.51 ±6.66) groups (P=0.807). No associations were found between DNA damage and patient age (P=0.523), atopic constitution (P=0.240), or contact lens wear (P=0.393). Telomere length differed (P=0.034), most notably in the KC group, and hTERT was not detected in any corneal sample. Three cross-linked (CXL) KC corneas did not contain significant more DNA damage (2.6x, P = 0.750). Conclusions: Based on these findings, differences in actual corneal DNA damage in KC could not be identified, and the longer telomere length in KC did not support replicative stress as a major etiological factor in the pathogenesis of KC. Future longitudinal investigations on KC etiology should assess progressive early cases to better comprehend the cellular and molecular processes preceding the archetypical morphological changes.

Abstract Purpose Keratoconus (KC) is an eye condition that can lead to a severe vision loss and may warrant a corneal grafting procedure. Meta-analyses of genome wide association studies have identified several genes that confer risks for differences in corneal curvature, corneal thickness, and developing keratoconus. Currently, there is limited evidence of a functional role for the identified loci in the affected corneal tissues. Methods We investigated the gene expression profiles of 4 GWAS confirmed risk loci and several related pathways that function in cellular ageing and cell cycle control in corneal tissue of a discovery and replication cohort comprising in total 27 keratoconus patients, 16 healthy controls, and 21 diseased controls (failed corneal grafts). Results We confirmed the MTOR gene locus as differentially expressed in KC corneas in a discovery cohort Next, we replicated these results in a second cohort and found evidence of increased expression of various mTORC1 pathway signature genes, namely MTOR itself ( P =0.040), AKT1 ( P =0.028), IGF1R ( P =0.022) and RAPTOR ( P =0.007). Conclusions Gene expression profiling in cornea tissues revealed robust up-regulation of the mTORC1 pathway in KC and substantiates a potential role for this pathway in its pathogenesis. Functional implications should be further studied since biomarkers for disease activity are needed and selective targeting of the mTOR pathway is a promising treatment concept.

Abstract Objective Polymorphic variation of immune system proteins can drive variability of individual immune responses. ER aminopeptidase 1 (ERAP1) generates antigenic peptides for presentation by MHC class I molecules. Coding single nucleotide polymorphisms (SNPs) in ERAP1 have been associated with predisposition to inflammatory rheumatic disease and shown to affect functional properties of the enzyme, but the interplay between combinations of these SNPs as they exist in allotypes, has not been thoroughly explored. Methods We used phased genotype data to estimate ERAP1 allotype frequency in 2,504 individuals across five major human populations, generated highly pure recombinant enzymes corresponding to the 10 most common ERAP1 allotypes and systematically characterized their in vitro enzymatic properties. Results We find that ERAP1 allotypes possess a wide range of enzymatic activities, up to 60-fold, whose ranking is substrate-dependent. Strikingly, allotype 10, previously associated with Behçet’s disease, is consistently a low-activity outlier, suggesting that a significant percentage of individuals carry a sub-active ERAP1 gene. Enzymatic analysis revealed that ERAP1 allotypes can differ in both catalytic efficiency and substrate affinity, differences that can change intermediate accumulation in multi-step trimming reactions. Alterations in efficacy of an allosteric inhibitor that targets the regulatory site suggest that allotypic variation influences the communication between the regulatory and the active site. Conclusion Our work defines the wide landscape of ERAP1 activity in human populations and demonstrates how common allotypes can induce substrate-dependent variability in antigen processing, thus contributing, in synergy with MHC haplotypes, to immune response variability and to predisposition to chronic inflammatory conditions.

Uveitis is a visually-debilitating disorder that affects up to 30% of children with juvenile idiopathic arthritis (JIA). To identify genetic susceptibility loci for uveitis in JIA, we conducted a genome-wide association study comparing 192 JIA-associated uveitis cases with 330 JIA individuals without uveitis. Two cohorts of JIA patients underwent genotyping and quality control. We used an HLA-specific imputation panel to impute HLA-specific amino acids and HLA types, and identified the amino acid serine at position 11 (serine-11) in HLA-DRB1 as associated to increased risk of uveitis (OR = 2.60, p = 5.43 x 10-10). The signal at serine-11 was female-specific (interaction of sex and serine-11, p = 0.0096). Serine-11 resides in the YST-motif (positions 10-12) in the peptide binding groove of HLA-DRB1. Quantitative binding affinity predictions revealed peptide-binding preferences that distinguish HLA-DRB1 allotypes with the YST-motif. Our findings highlight a genetically distinct, sexually-dimorphic feature of JIA-associated uveitis.

ABSTRACT Background Type I interferons (IFNs) promote the expansion of subsets of CD1c+ conventional dendritic cells (CD1c+ DCs), but the molecular basis of CD1c+ DCs involvement in conditions not associated without elevated type I IFNs remains unclear. Methods We analyzed CD1c+ DCs from two cohorts of non-infectious uveitis patients and healthy donors using RNA-sequencing followed by high-dimensional flow cytometry to characterize the CD1c+ DC populations. Results We report that the CD1c+ DCs pool from patients with non-infectious uveitis is skewed towards a gene module with the chemokine receptor CX3CR1 as the key hub gene. We confirmed these results in an independent case-control cohort and show that the disease-associated gene module is not mediated by type I IFNs. An analysis of peripheral blood using flow cytometry revealed that CX3CR1+ DC3s were diminished, whereas CX3CR1-DC3s were not. Stimulated CX3CR1+ DC3s secrete high levels of inflammatory cytokines, including TNF-alpha, and CX3CR1+ DC3-like cells can be detected in inflamed eyes of patients. Conclusions These results show that CX3CR1+ DC3s are implicated in non-infectious uveitis and can secrete proinflammatory mediators implicated in its pathophysiology. Funding The presented work is supported by UitZicht (project number #2014-4, #2019-10, an #2021-4). The funders had no role in the design, execution, interpretation, or writing of the study.

Abstract Funding Acknowledgements Type of funding sources: Public grant(s) – EU funding. Main funding source(s): 1. ERA-CVD. Beat ATHERO consortium. 2. Dutch Heart Foundation Aims Aging is the most dominant risk factor of atherosclerotic cardiovascular disease (CVD), the main underlying cause of death worldwide. Both aging and atherosclerosis are associated with changes in the composition and function of the immune system, such as an enlarged T cell effector memory pool and elevated pro-inflammatory cytokine secretion. Since the accumulation of these pro-inflammatory factors contribute to atherosclerosis progression, halting inflammation might be a promising strategy to combat CVD. Rapamycin is an immunosuppressant that was recently discovered to increase lifespan due to the inhibition of senescent cells and effector T cells. We therefore hypothesized that rapamycin treatment can attenuate pro-atherogenic immunity in aged mice. Methods To explore the effects of rapamycin treatment, we administrated 1 mg/kg rapamycin or control solvent to aged (22 months old) male atherosclerotic Ldlr-/- mice (n=16 per group) three times a week intraperitoneally. After eight weeks, mice were sacrificed and their organs were collected for flow cytometry, single-cell RNA sequencing and histological analysis. Results Using flow cytometry, we revealed that rapamycin treatment decreased total T cell numbers in the atherosclerotic aorta and spleen compared to control treatment and attributed to a 24% increase in the relative frequency of immunosuppressive regulatory T cells in the aorta (rapa: 70.6±3.0% vs. ctrl: 57.1±3.8%, p<0.05), indicating skewing towards anti-atherogenic immunity. Within the reduced effector T cell pool of rapamycin-treated mice, we observed increased percentages of IL-10 and IFN-γ-expressing CD4+ and CD8+ T cells. In addition, rapamycin diminished the percentage of pro-atherogenic age-associated B cells (rapa: 7.5±1.8% vs. ctrl: 9.2±1.5%, p<0.05) in the mediastinal lymph nodes, and the percentage of pro-atherogenic age-associated B cells in the mediastinal lymph nodes, and reduced the expression of the senescent markers p19 and BTG2 in the spleen. In line with attenuated inflammation we observed a 36% reduction in relative plaque macrophage content in rapamycin-treated mice (rapa: 14.0±3.6% vs. ctrl: 21.8±5.5%, p<0.05). Conclusions Collectively, our study demonstrates that rapamycin treatment in aged atherosclerotic mice promotes regulatory T cells and reduces systemic and plaque accumulation of T cells, ABCs and macrophages. This provides a new understanding of rapamycin in regulating age-associated atherogenic immunity, indicating rapamycin could be a potential therapeutic to halt CVD.

Birdshot Uveitis (Birdshot) is a rare eye condition that affects HLA-A29-positive individuals and could be considered a prototypic member of the recently proposed MHC-I-opathy family. Genetic studies have pinpointed the ERAP1 and ERAP2 genes as shared associations across MHC-I-opathies, which suggests ERAP dysfunction may be a root cause for MHC-I-opathies. We mapped the ERAP1 and ERAP2 haplotypes in 84 Dutch cases and 890 controls. We identified association at variant rs10044354, which mediated a marked increase in ERAP2 expression. We also identified and cloned an independently associated ERAP1 haplotype (tagged by rs2287987) present in more than half of the cases; this ERAP1 haplotype is also the primary risk and protective haplotype for other MHC-I-opathies. We show that the risk ERAP1 haplotype conferred significantly altered expression of ERAP1 isoforms in transcriptomic data (n=360), resulting in lowered protein expression and distinct enzymatic activity. Both the association for rs10044354 (meta-analysis: OR[95% CI]=2.07[1.58-2.71], p=1.24 x 10(-7)) and rs2287987 (OR[95% CI]: =2.01[1.51-2.67], p=1.41 x 10(-6)) replicated and showed consistent direction of effect in an independent Spanish cohort of 46 cases and 2,103 controls. In both cohorts, the combined rs2287987-rs10044354 haplotype associated with Birdshot more strongly than either SNP alone (meta-analysis: p=3.9 x 10(-9)). Finally, we observed that ERAP2 protein expression is dependent on the ERAP1 background across three European populations (n=3,353). In conclusion, a functionally distinct combination of ERAP1 and ERAP2 are a hallmark of Birdshot and provide rationale for strategies designed to correct ERAP function for treatment of Birdshot and MHC-I-opathies more broadly.