ABSTRACT The nasal mucosa is frequently the initial site of respiratory viral infection, replication, and transmission. Recent work has started to clarify the independent responses of epithelial, myeloid, and lymphoid cells to viral infection in the nasal mucosa, but their spatiotemporal coordination and relative contributions remain unclear. Furthermore, understanding whether and how primary infection shapes tissue-scale memory responses to secondary challenge is critical for the rational design of nasal-targeting therapeutics and vaccines. Here, we generated a single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) atlas of the murine nasal mucosa sampling three distinct regions before and during primary and secondary influenza infection. Primary infection was largely restricted to respiratory mucosa and induced stepwise changes in cell type, subset, and state composition over time. Type I Interferon (IFN)-responsive neutrophils appeared 2 days post infection (dpi) and preceded transient IFN-responsive/cycling epithelial cell responses 5 dpi, which coincided with broader antiviral monocyte and NK cell accumulation. By 8 dpi, monocyte-derived macrophages (MDMs) expressing Cxcl9 and Cxcl16 arose alongside effector cytotoxic CD8 and Ifng -expressing CD4 T cells. Following viral clearance (14 dpi), rare, previously undescribed K rt13+ n asal i mmune- i nteracting f loor e pithelial (KNIIFE) cells expressing multiple genes with immune communication potential increased concurrently with tissue-resident memory T (TRM)-like cells and early IgG+/IgA+ plasmablasts. Proportionality analysis coupled with cell-cell communication inference, alongside validation by in situ microscopy, underscored the CXCL16–CXCR6 signaling axis between MDMs and effector CD8 T cells 8dpi and KNIIFE cells and TRM cells 14 dpi. Secondary influenza challenge with a homologous or heterologous strain administered 60 dpi induced an accelerated and coordinated myeloid and lymphoid response without epithelial proliferation, illustrating how tissue-scale memory to natural infection engages both myeloid and lymphoid cells to reduce epithelial regenerative burden. Together, this atlas serves as a reference for viral infection in the upper respiratory tract and highlights the efficacy of local coordinated memory responses upon rechallenge.

Epigenetic architecture is influenced by genetic and environmental factors, but little is known about their relative contributions or longitudinal dynamics. Here, we studied DNA methylation (DNAm) at over 750,000 CpG sites in mononuclear blood cells collected at birth and age 7 from 196 children of primarily self-reported Black and Hispanic ethnicities to study race-associated DNAm patterns. We developed a novel Bayesian method for high dimensional longitudinal data and showed that race-associated DNAm patterns at birth and age 7 are nearly identical. Additionally, we estimated that up to 51% of all self-reported race-associated CpGs had race-dependent DNAm levels that were mediated through local genotype and, quite surprisingly, found that genetic factors explained an overwhelming majority of the variation in DNAm levels at other, previously identified, environmentally-associated CpGs. These results not only indicate that race-associated DNAm patterns in blood are present at birth and are primarily genetically, and not environmentally, determined, but also that DNAm in blood cells overall is robust to many environmental exposures during the first 7 years of life.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

The nasal mucosa is often the initial site of respiratory viral infection, replication, and transmission. Understanding how infection shapes tissue-scale primary and memory responses is critical for designing mucosal therapeutics and vaccines. We generated a single-cell RNA-sequencing atlas of the murine nasal mucosa, sampling three regions during primary influenza infection and rechallenge. Compositional analysis revealed restricted infection to the respiratory mucosa with stepwise changes in immune and epithelial cell subsets and states. We identified and characterized a rare subset of Krt13+ nasal immune-interacting floor epithelial (KNIIFE) cells, which concurrently increased with tissue-resident memory T (T

Genome-wide association studies (GWASs) have identified thousands of variants associated with asthma and other complex diseases. However, the functional effects of most of these variants are unknown. Moreover, GWASs do not provide context-specific information on cell types or environmental factors that affect specific disease risks and outcomes. To address these limitations, we used cultured upper airway (sinonasal) epithelial cell models to assess transcriptional and epigenetic responses to a virus (rhinovirus [RV]) and a bacterium (Staphylococcus aureus [SA]) and provide context-specific functional annotations to variants discovered in GWASs of asthma. Using genome-wide genetic, gene expression, and DNA methylation data in RV-, SA- and vehicle-treated cells from 115 individuals, we mapped cis expression and methylation quantitative trait loci (cis-eQTLs and cis-meQTLs, respectively) in each condition. Co-localization analyses of these airway epithelial cell molecular QTLs with asthma GWAS variants revealed potential molecular disease mechanisms of asthma for GWAS variants, including QTLs at the TLSP locus that were common both to exposure conditions and childhood onset and adult onset asthma and at the 17q12-21 asthma locus that were specific to both RV exposure and childhood onset asthma, consistent with clinical and epidemiological studies of these loci. Overall, our study provides information on functional effects of asthma risk variants in airway epithelial cells and provides insight into disease-relevant microbial exposures that modulate genetic effects on transcriptional and epigenetic responses in cells and on risk for asthma in GWAS.