Computational modeling defines T helper cell differentiation toward multiple fates during experimental malaria.

Summary Severe lower respiratory infection (sLRI) are a major cause of infant morbidity and mortality, and predispose to later chronic respiratory diseases such as asthma. Poor maternal diet during pregnancy is a risk factor for sLRI in the offspring. Here we demonstrate in mice that a maternal low-fibre diet (LFD) disrupts plasmacytoid and conventional dendritic cell (DC) hematopoiesis in the offspring, predisposing to sLRI and subsequent asthma. The LFD alters the composition of the maternal milk microbiome and assembling infant gut microbiome, ablating the induction of a developmental wave of the non-redundant DC growth factor Flt3L by neonatal intestinal epithelial cells. Therapy with a propionate-producing bacteria isolated from the milk of high-fibre diet-fed mothers, or supplementation with propionate, confers protection against sLRI by restoring gut Flt3L expression and pDC hematopoiesis. Our findings identify a microbiome-dependent Flt3L axis in the gut that regulates pDC hematopoiesis in early life and confers disease resistance.

Abstract Rhinovirus-induced neutrophil extracellular traps (NETs) contribute to acute asthma exacerbations, however the molecular factors that trigger NETosis in this context remain ill-defined. Here, we sought to implicate a role for IL-33, an epithelial cell-derived alarmin rapidly released in response to infection. In mice with chronic experimental asthma (CEA), but not naïve controls, rhinovirus inoculation induced an early (1 day post infection; dpi) inflammatory response dominated by neutrophils, neutrophil-associated cytokines (IL-1α, IL-1β, CXCL1) and NETosis, followed by a later, type-2 inflammatory phase (3-7 dpi), characterized by eosinophils, elevated IL-4 levels, and goblet cell hyperplasia. Notably, both phases were ablated by HpARI ( Heligmosomoides polygyrus Alarmin Release Inhibitor), which blocks IL-33 release and signalling. Instillation of exogenous IL-33 recapitulated the rhinovirus-induced early phase, including the increased presence of NETs in the airway mucosa, in a PAD4-dependent manner. Ex vivo IL-33-stimulated neutrophils from mice with CEA, but not naïve mice, underwent NETosis, and produced greater amounts of IL-1α/β, IL-4, and IL-5. In nasal samples from rhinovirus-infected people with asthma, but not healthy controls, IL-33 levels correlated with neutrophil elastase and dsDNA. Our findings suggest that IL-33 blockade ameliorates the severity of an asthma exacerbation by attenuating neutrophil recruitment and the downstream generation of NETs.

Differentiation of naïve CD4+ T cells into functionally distinct T helper subsets is crucial for the orchestration of immune responses. Due to multiple levels of heterogeneity and multiple overlapping transcriptional programs in differentiating T cell populations, this process has remained a challenge for systematic dissection in vivo. By using single-cell RNA transcriptomics and computational modelling of temporal mixtures, we reconstructed the developmental trajectories of Th1 and Tfh cell populations during Plasmodium infection in mice at single-cell resolution. These cell fates emerged from a common, highly proliferative and metabolically active precursor. Moreover, by tracking clonality from T cell receptor sequences, we infer that ancestors derived from the same naïve CD4+ T cell can concurrently populate both Th1 and Tfh subsets. We further found that precursor T cells were coached towards a Th1 but not a Tfh fate by monocytes/macrophages. The integrated genomic and computational approach we describe is applicable for analysis of any cellular system characterized by differentiation towards multiple fates.

Abstract In recent years, pregnant people infected with the SARS-CoV-2 virus have shown a higher incidence of “preeclampsia-like syndrome”. Preeclampsia is a systematic syndrome that affects 5-8 % of pregnant people worldwide and is the leading cause of maternal mortality and morbidity. It is unclear what causes preeclampsia, and is characterised by placental dysfunction, leading to poor placental perfusion, maternal hypertension, proteinuria, thrombocytopenia, or neurological disturbances. In this study, we used whole-transcriptome, digital spatial profiling of placental tissues to analyse the expression of genes at the cellular level between placentae from pregnant participants who contracted SARS-CoV-2 in the third trimester of their pregnancy and those prior to the start of the pandemic. Our focused analysis of the trophoblast and villous core stromal cell populations revealed tissue-specific pathways enriched in the SARS-CoV-2 placentae that align with a pre-eclampsia signature. Most notably, we found enrichment of pathways involved in vascular tension, blood pressure, inflammation, and oxidative stress. This study illustrates how spatially resolved transcriptomic analysis of placental tissue can aid in understanding the underlying pathogenic mechanisms of SARS-CoV-2 in pregnancy that are thought to induce “preeclampsia-like syndrome”. Moreover, our study highlights the benefits of using digital spatial profiling to map the crosstalk between trophoblast and villous core stromal cells linked to pathways involved in “preeclampsia-like syndrome” presenting in pregnant people with SARS-CoV-2.

Abstract Mechanisms linking pre-pregnancy obesity to increased preterm birth risk are unclear. Here, we examined the impact of pre-pregnancy obesity on metabolites, Fms-related tyrosine kinase 3 ligand (Flt3L), and proinflammatory cytokine profiles in preterm birth. We used cytokine bead array, ELISA and Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) to determine cytokine and metabolite profiles in maternal and cord blood samples from 124 pregnant women in Australia, who gave birth at term ( n = 86) or preterm ( n = 38). Besides the expected variations in birth weight and gestational age, all demographic characteristics, including pre-pregnancy body mass index, were similar between the term and preterm birth groups. Mothers in the preterm birth group had reduced Flt3L ( P = 0.002) and elevated IL-6 ( P = 0.002) compared with term birthing mothers. Among mothers who gave birth preterm, those with pre-pregnancy obesity had lower Flt3L levels ( P = 0.02) compared with lean mothers. Flt3L and IL-6 were similar in cord blood across both groups, but TNFα levels ( P = 0.02) were reduced in preterm newborns. Metabolomic analysis revealed significant shifts in essential metabolites in women with pre-pregnancy obesity, some of which were linked to preterm births. Our findings suggest that maternal pre-pregnancy obesity alters the metabolome and reduces Flt3L expression, potentially increasing risk of preterm birth.

Antigens from Mycobacterium tuberculosis (M.tb), have been shown to stimulate human B cell responses to unrelated recall antigens in vitro. However, it is not known whether natural M.tb infection or whether vaccination with the related species, Mycobacterium bovis BCG, has a similar effect. This study investigated the effects of M.tb infection and BCG vaccination on B cell responses to heterologous pathogen recall antigens. Antibodies against several bacterial and viral pathogens were quantified by ELISA in 68 uninfected controls, 62 individuals with latent TB infection (LTBI) and 107 active pulmonary TB (APTB) cases, and 24 recently BCG-vaccinated adolescents and naive controls. Antibody avidity was investigated using surface plasmon resonance and B cell ELISPOT assays were used to measure plasmablast and memory B cell responses (MBC) in APTB cases and healthy donor controls. APTB was associated with higher levels of antibodies to tetanus toxoid (TT), diphtheria toxoid, respiratory syncytial virus, measles virus and Kaposi's sarcoma herpesvirus, compared to uninfected controls. Vaccination with BCG did not alter levels of antibodies against heterologous pathogens. TT-specific antibody avidity was increased in APTB and the ratio of TT-specific plasmablasts to MBCs in the APTB cases was 7:1. M.tb infection boosts serological memory to heterologous pathogens in human subjects and this process may be driven by polyclonal activation of memory B cells.

Abstract Poor maternal diet during pregnancy predisposes to severe lower respiratory tract infections (sLRI) in infancy, which in turn, increases childhood asthma risk, however the underlying mechanisms remain poorly understood. Here, we show that the offspring of high fat diet (HFD)-fed mothers (‘HFD-reared pups’) developed a sLRI following pneumovirus inoculation in early-life and subsequent asthma in later-life upon allergen exposure. Prior to infection, HFD-reared pups developed microbial dysbiosis and low-grade systemic inflammation (LGSI), characterized by hyper-granulopoiesis in the liver and elevated inflammatory cytokine expression, most notably IL-17A, IL-6 and sIL-6R (indicative of IL-6 trans-signaling) in the circulation and multiple organs, but most prominently the liver. Inhibition of IL-6 trans-signaling, using sgp130Fc transgenic mice or via specific genetic deletion of IL-6Ra on neutrophils, conferred protection against both diseases. Taken together, our findings suggest that a maternal HFD induces neonatal LGSI that predisposes to sLRI and subsequent asthma via neutrophil-mediated IL-6 trans-signaling.