Abstract Resident macrophages and infiltrating monocytes in kidneys of patients with lupus nephritis are altered both in frequency and function relative to their counterparts in healthy kidneys. The extent to which mouse models might be useful in developing approaches to target these cells for treating lupus nephritis is poorly understood. Here, we studied four common lupus mouse models that share clinical, serologic, and histopathologic kidney changes with humans. Using single-cell profiling and multiplex spatial imaging to analyze the intrarenal myeloid compartment with the onset of clinical disease in these models, we identified monocyte and macrophage subsets that expand or contract in kidneys with clinical nephritis. A unique subset of classical monocytes expanded with the onset of disease and expressed genes such as CD9, Spp1, Ctsd, Cd63, Apoe, and Trem2 that were previously shown to be induced by tissue injury and play a role in inflammation, lipid metabolism and tissue repair in other organs. Resident macrophages transitioned from a pro-inflammatory to a similar injury-associated state with onset of disease. To test whether these findings in mouse models were also observed in humans, we re-analyzed monocytes and macrophages in a single-cell RNAseq dataset of kidney biopsies from 155 patients with lupus nephritis and 30 healthy donors, collected by the NIH AMP RA/SLE consortium. Human monocytes and macrophages showed conserved changes in gene expression programs associated with lupus nephritis disease indices, and localized to similar kidney microenvironments as in mice. By identifying myeloid subsets and disease-associated alterations in biological processes that are conserved across species, we provide a strong rationale for functional studies of these cells and pathways in mice to uncover mechanisms and find targets relevant to human lupus nephritis. One sentence summary This study characterizes intrarenal myeloid cells from four lupus mouse models and 155 patients with lupus nephritis using single-cell RNA-seq and imaging, and identifies novel infiltrating and resident myeloid subsets that are conserved between mouse and human lupus nephritis, thus providing a map and strong rationale for functional studies in mice with relevance to human disease.

OBJECTIVE: There is a critical need to define the cells that mediate tissue damage in lupus nephritis. Here we aimed to establish a protocol to preserve lupus nephritis kidney biopsies and urine cell samples obtained at multiple clinical sites for subsequent isolation and transcriptomic analysis of single cells. METHODS: Fresh and cryopreserved kidney tissue from tumor nephrectomies and lupus nephritis kidney biopsies were disaggregated by enzymatic digestion. Cell yields and cell composition were assessed by flow cytometry. Transcriptomes of leukocytes and epithelial cells were evaluated by low-input and single cell RNA-seq. RESULTS: Cryopreserved kidney tissue from tumor nephrectomies and lupus nephritis biopsies can be thawed and dissociated to yield intact, viable leukocytes and epithelial cells. Cryopreservation of intact kidney tissue provides higher epithelial cell yields compared to cryopreservation of single cell suspensions from dissociated kidneys. Cell yields and flow cytometric cell phenotypes are comparable between cryopreserved kidney samples and paired kidney samples shipped overnight on wet ice. High-quality single cell and low-input transcriptomic data were generated from leukocytes from both cryopreserved lupus nephritis kidney biopsies and urine, as well as from a subset of kidney epithelial cells. CONCLUSION: The AMP RA/SLE cryopreserved tissue analysis pipeline provides a method for centralized processing of lupus nephritis kidney biopsies and urine samples to generate robust transcriptomic analyses in multi-center studies.

Lupus nephritis is a potentially fatal autoimmune disease, whose current treatment is ineffective and often toxic. To gain insights into disease mechanisms, we analyzed kidney samples from lupus nephritis patients and healthy controls using single-cell RNA-seq. Our analysis revealed 21 subsets of leukocytes active in disease, including multiple populations of myeloid, T, NK and B cells, demonstrating both pro-inflammatory and resolving responses. We found evidence of local activation of B cells correlated with an age-associated B cell signature, and of progressive stages of monocyte differentiation within the kidney. A clear interferon response was observed in most cells. Two chemokine receptors, CXCR4 and CX3CR1, were broadly expressed, pointing to potential therapeutic targets. Gene expression of immune cells in urine and kidney was highly correlated, suggesting urine may be a surrogate for kidney biopsies. Our results provide a first comprehensive view of the complex network of leukocytes active in lupus nephritis kidneys.

ABSTRACT The development of many systemic autoimmune diseases, including systemic lupus erythematosus, is associated with overactivation of the type I interferon (IFN) pathway, lymphopenia, and increased follicular helper T (Tfh) cell differentiation. However, the cellular and molecular mechanisms underlying these immunological perturbations remain incompletely understood. Here we show that the mechanistic target of rapamycin complex 2 (mTORC2) promotes Tfh differentiation and disrupts Treg homeostasis. Inactivation of mTORC2 in total T cells, but not in Tregs, greatly ameliorated the immunopathology in a systemic autoimmunity mouse model. This was associated with reduced Tfh differentiation, B cell activation, and reduced T cell glucose metabolism. Finally, we show that type I IFN can synergize with TCR ligation to activate mTORC2 in T cells, which partially contributes to T cell lymphopenia. These data indicate that mTORC2 may act as downstream of type I IFN, TCR, and costimulatory receptor ICOS, to promote glucose metabolism, Tfh differentiation, and T cell lymphopenia, but not to suppress Treg function in systemic autoimmunity. Our results suggest that mTORC2 might be a rational target for systemic autoimmunity treatment.