Abstract Patients with autoimmune polyendocrinopathy syndrome type 1 (APS-1) caused by autosomal recessive AIRE deficiency produce autoantibodies that neutralize type I interferons (IFNs) 1,2 , conferring a predisposition to life-threatening COVID-19 pneumonia 3 . Here we report that patients with autosomal recessive NIK or RELB deficiency, or a specific type of autosomal-dominant NF-κB2 deficiency, also have neutralizing autoantibodies against type I IFNs and are at higher risk of getting life-threatening COVID-19 pneumonia. In patients with autosomal-dominant NF-κB2 deficiency, these autoantibodies are found only in individuals who are heterozygous for variants associated with both transcription (p52 activity) loss of function (LOF) due to impaired p100 processing to generate p52, and regulatory (IκBδ activity) gain of function (GOF) due to the accumulation of unprocessed p100, therefore increasing the inhibitory activity of IκBδ (hereafter, p52 LOF /IκBδ GOF ). By contrast, neutralizing autoantibodies against type I IFNs are not found in individuals who are heterozygous for NFKB2 variants causing haploinsufficiency of p100 and p52 (hereafter, p52 LOF /IκBδ LOF ) or gain-of-function of p52 (hereafter, p52 GOF /IκBδ LOF ). In contrast to patients with APS-1, patients with disorders of NIK, RELB or NF-κB2 have very few tissue-specific autoantibodies. However, their thymuses have an abnormal structure, with few AIRE-expressing medullary thymic epithelial cells. Human inborn errors of the alternative NF-κB pathway impair the development of AIRE-expressing medullary thymic epithelial cells, thereby underlying the production of autoantibodies against type I IFNs and predisposition to viral diseases.

Abstract Four endemic human coronaviruses (HCoVs) are commonly associated with acute respiratory infection in humans. B cell responses to these “common cold” viruses remain incompletely understood. Here we report a comprehensive analysis of CoV-specific antibody repertoires in 231 children and 1168 adults using phage-immunoprecipitation sequencing. Seroprevalence of antibodies to endemic HCoVs ranged between ~4 and 27% depending on the species and cohort. We identified at least 136 novel linear B cell epitopes. Antibody repertoires against endemic HCoVs were qualitatively different between children and adults in that anti-HCoV IgG specificities more frequently found among children targeted functionally important and structurally conserved regions of the spike, nucleocapsid and matrix proteins. Moreover, antibody specificities targeting the highly conserved fusion peptide region and S2’ cleavage site of the spike protein were broadly cross-reactive with peptides of epidemic human and non-human coronaviruses. In contrast, an acidic tandem repeat in the N-terminal region of the Nsp3 subdomain of the HCoV-HKU1 polyprotein was the predominant target of antibody responses in adult donors. Our findings shed light on the dominant species-specific and pan-CoV target sites of human antibody responses to coronavirus infection, thereby providing important insights for the development of prophylactic or therapeutic monoclonal antibodies and vaccine design.

UNC93B1 is a transmembrane domain protein mediating the signaling of endosomal Toll-like receptors (TLRs). We report five families harboring rare missense substitutions (I317M, G325C, L330R, R466S, and R525P) in UNC93B1 causing systemic lupus erythematosus (SLE) or chilblain lupus (CBL) as either autosomal dominant or autosomal recessive traits. As for a D34A mutation causing murine lupus, we recorded a gain of TLR7 and, to a lesser extent, TLR8 activity with the I317M (in vitro) and G325C (in vitro and ex vivo) variants in the context of SLE. Contrastingly, in three families segregating CBL, the L330R, R466S, and R525P variants were isomorphic with respect to TLR7 activity in vitro and, for R525P, ex vivo. Rather, these variants demonstrated a gain of TLR8 activity. We observed enhanced interaction of the G325C, L330R, and R466S variants with TLR8, but not the R525P substitution, indicating different disease mechanisms. Overall, these observations suggest that UNC93B1 mutations cause monogenic SLE or CBL due to differentially enhanced TLR7 and TLR8 signaling.

Most cases of herpes simplex virus 1 (HSV-1) encephalitis (HSE) remain unexplained

ABSTRACT The detection of copy number variations (CNVs) in whole-exome sequencing (WES) data is important, as CNVs may underlie a number of human genetic disorders. The recently developed HMZDelFinder algorithm can detect rare homozygous and hemizygous (HMZ) deletions in WES data more effectively than other widely used tools. Here, we present HMZDelFinder_opt, an approach that outperforms HMZDelFinder for the detection of HMZ deletions, including partial exon deletions in particular, in typical laboratory cohorts that are generated over time under different experimental conditions. We show that using an optimized reference control set of WES data, based on a PCA-derived Euclidean distance for coverage, strongly improves the detection of HMZ deletions both in real patients carrying validated disease-causing deletions and in simulated data. Furthermore, we develop a sliding window approach enabling HMZDelFinder-opt to identify HMZ partial deletions of exons that are otherwise undiscovered by HMZDelFinder. HMZDelFinder_opt is a timely and powerful approach for detecting HMZ deletions, particularly partial exon deletions, in laboratory cohorts, which are typically heterogeneous.

Type-1 reactions (T1Rs) are pathological inflammatory episodes and main contributors to nerve damage in leprosy. Here, we evaluate the gene-wise enrichment of rare protein altering variants in seven genes where common variants were previously associated with T1R. We selected 474 Vietnamese leprosy-patients of which 237 were T1R-affected and 237 were T1R-free matched controls. Gene-wise enrichment of nonsynonymous variants was tested with both kernel based (SKAT) and burden methods. Of the seven genes tested two showed statistical evidence of association with T1R. For the LRRK2 gene an enrichment of nonsynonymous variants was observed in T1R-free controls (p SKAT-O= 1.6x10-4). This gene-wise association was driven almost entirely by the gain of function variant R1628P (p = 0.004; OR = 0.29). The second gene-wise association was found for the Parkin coding gene PRKN (formerly PARK2) where seven rare variants were enriched in T1R-affected cases (p SKAT-O = 7.4x10-5). Mutations in both PRKN and LRRK2 are known causes of Parkinson's Disease (PD). Hence, we evaluated to what extent such rare amino acid changes observed in T1R are shared with PD. We observed that nonsynonymous T1R-risk mutations in Parkin were enriched for amino acid mutations implicated in PD (p = 1.5x10-4). Hence, neuro-inflammation in PD and peripheral nerve damage due to inflammation in T1R share overlapping mechanisms of pathogenicity.

Abstract There is considerable inter-individual and inter-population variability in response to viruses. The potential of monocytes to elicit type-I interferon responses has attracted attention to their role in viral infections. Here, we use an ex vivo model to characterize the role of cellular heterogeneity in human variation of monocyte responses to influenza A virus (IAV) exposure. Using single-cell RNA-sequencing, we show widespread inter-individual variability in the percentage of IAV-infected monocytes. We show that cells escaping viral infection display increased mRNA expression of type-I interferon stimulated genes and decreased expression of ribosomal genes, relative to both infected cells and those never exposed to IAV. While this host defense strategy is shared between CD16 + / CD16 - monocytes, we also uncover CD16 + -specific mRNA expression of IL6 and TNF in response to IAV, and a stronger resistance of CD16 + monocytes to IAV infection. Notably, individuals with high cellular susceptibility to IAV are characterized by a lower activation at basal state of an IRF/STAT-induced transcriptional network, which includes antiviral genes such as IFITM3, MX1 , and OAS3 . Finally, using flow cytometry and bulk RNA-sequencing across 200 individuals of African and European ancestry, we observe a higher number of CD16 + monocytes and lower susceptibility to IAV infection among monocytes from individuals of African-descent. Collectively, our results reveal the effects of IAV infection on the transcriptional landscape of human monocytes and highlight previously unappreciated differences in cellular susceptibility to IAV infection between individuals of African and European ancestry, which may account for the greater susceptibility of Africans to severe influenza. Significance Statement Monocytes may play a critical role during severe viral infections. Our study tackles how heterogeneity in monocyte subsets and activation contributes to shape individual differences in the transcriptional response to viral infections. Using single-cell RNA-sequencing, we reveal heterogeneity in monocyte susceptibility to IAV infection, both between CD16 + / CD16 - monocytes and across individuals, driven by differences in basal activation of an IRF/STAT-induced antiviral program. Furthermore, we show a decreased ability of IAV to infect and replicate in monocytes from African-ancestry individuals, with possible implications for antigen presentation and lymphocyte activation. These results highlight the importance of early cellular activation in determining an individuals’ innate immune response to viral infection.

Many methods for rare variant association studies require permutations to assess the significance of tests. Standard permutations assume that all individuals are exchangeable and do not take population stratification (PS), a known confounding factor in genetic studies, into account. We propose a novel strategy, LocPerm, in which individuals are permuted only with their closest ancestry-based neighbors. We performed a simulation study, focusing on small samples, to evaluate and compare LocPerm with standard permutations and classical adjustment on first principal components. Under the null hypothesis, LocPerm was the only method providing an acceptable type I error, regardless of sample size and level of stratification. The power of LocPerm was similar to that of standard permutation in the absence of PS, and remained stable in different PS scenarios. We conclude that LocPerm is a method of choice for taking PS and/or small sample size into account in rare variant association studies.

Population stratification is a strong confounding factor in human genetic association studies. In analyses of rare variants, the main correction strategies based on principal components (PC) and linear mixed models (LMM), may yield conflicting conclusions, due to both the specific type of structure induced by rare variants and the particular statistical features of association tests. Studies evaluating these approaches generally focused on specific situations with limited types of simulated structure and large sample sizes. We investigated the properties of several correction methods in the context of a large simulation study using real exome data, and several within- and between- continent stratification scenarios. We also considered different sample sizes, with situations including as few as 50 cases, to account for the analysis of rare disorders. In this context, we focused on a genetic model with a phenotype driven by rare deleterious variants well suited for a burden test. For analyses of large samples, we found that accounting for stratification was more difficult with a continental structure than with a worldwide structure. LMM failed to maintain a correct type I error in many scenarios, whereas PCs based on common variants failed only in the presence of extreme continental stratification. When a sample of 50 cases was considered, an inflation of type I errors was observed with PC for small numbers of controls (≤100), and with LMM for large numbers of controls (≥1000). We also tested a promising novel adapted local permutation method (LocPerm), which maintained a correct type I error in all situations. All approaches capable of correcting for stratification properly had similar powers for detecting actual associations pointing out that the key issue is to properly control type I errors. Finally, we found that adding a large panel of external controls ( e.g. extracted from publicly available databases) was an efficient way to increase the power of analyses including small numbers of cases, provided an appropriate stratification correction was used.

We compared whole-exome sequencing (WES) and whole-genome sequencing (WGS) in six unrelated individuals. In the regions targeted by WES capture (81.5% of the consensus coding genome), the mean numbers of single-nucleotide variants (SNVs) and small insertions/deletions (indels) detected per sample were 84,192 and 13,325, respectively, for WES, and 84,968 and 12,702, respectively, for WGS. For both SNVs and indels, the distributions of coverage depth, genotype quality, and minor read ratio were more uniform for WGS than for WES. After filtering, a mean of 74,398 (95.3%) high-quality (HQ) SNVs and 9,033 (70.6%) HQ indels were called by both platforms. A mean of 105 coding HQ SNVs and 32 indels were identified exclusively by WES, whereas 692 HQ SNVs and 105 indels were identified exclusively by WGS. We Sanger sequenced a random selection of these exclusive variants. For SNVs, the proportion of false-positive variants was higher for WES (78%) than for WGS (17%). The estimated mean number of real coding SNVs (656, ~3% of all coding HQ SNVs) identified by WGS and missed by WES was greater than the number of SNVs identified by WES and missed by WGS (26). For indels, the proportions of false-positive variants were similar for WES (44%) and WGS (46%). Finally, WES was not reliable for the detection of copy number variations, almost all of which extended beyond the targeted regions. Although currently more expensive, WGS is more powerful than WES for detecting potential disease-causing mutations within WES regions, particularly those due to SNVs.