Mesenchymal stem cells (MSCs) have been employed successfully to treat various immune disorders in animal models and clinical settings. Our previous studies have shown that MSCs can become highly immunosuppressive upon stimulation by inflammatory cytokines, an effect exerted through the concerted action of chemokines and nitric oxide (NO). Here, we show that MSCs can also enhance immune responses. This immune-promoting effect occurred when proinflammatory cytokines were inadequate to elicit sufficient NO production. When inducible nitric oxide synthase (iNOS) production was inhibited or genetically ablated, MSCs strongly enhance T-cell proliferation in vitro and the delayed-type hypersensitivity response in vivo. Furthermore, iNOS−/− MSCs significantly inhibited melanoma growth. It is likely that in the absence of NO, chemokines act to promote immune responses. Indeed, in CCR5−/−CXCR3−/− mice, the immune-promoting effect of iNOS−/− MSCs is greatly diminished. Thus, NO acts as a switch in MSC-mediated immunomodulation. More importantly, the dual effect on immune reactions was also observed in human MSCs, in which indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) acts as a switch. This study provides novel information about the pathophysiological roles of MSCs.

Summary Humans display remarkable inter-individual variation in immune response when exposed to identical immune challenges. Yet, our understanding of the genetic and epigenetic factors contributing to such variation remains limited. Here we carried out in-depth genetic, epigenetic, and transcriptional profiling on primary macrophages derived from a panel of European and African-ancestry individuals before and after infection with influenza A virus (IAV). We show that baseline epigenetic profiles are strongly predictive of the transcriptional response to IAV across individuals, and that ancestry-associated differences in gene expression are tightly coupled with variation in enhancer activity. Quantitative trait locus (QTL) mapping revealed highly coordinated genetic effects on gene regulation with many cis-acting genetic variants impacting concomitantly gene expression and multiple epigenetic marks. These data reveal that ancestry-associated differences in the epigenetic landscape are genetically controlled, even more so than variation in gene expression. Lastly, we show that among QTL variants that colocalized with immune-disease loci, only 7% were gene expression QTL, the remaining corresponding to genetic variants that impact one or more epigenetic marks, which stresses the importance of considering molecular phenotypes beyond gene expression in disease-focused studies.

SUMMARY Influenza A virus (IAV) infections are frequent every year and result in a range of disease severity. Given that transposable elements (TEs) contribute to the activation of innate immunity, we wanted to explore their potential role in this variability. Transcriptome profiling in monocyte-derived macrophages from 39 individuals following IAV infection revealed significant inter-individual variation in viral load post-infection. Using ATAC-seq we identified a set of TE families with either enhanced or reduced accessibility upon infection. Of the enhanced families, 15 showed high variability between individuals and had distinct epigenetic profiles. Motif analysis showed an association with known immune regulators in stably enriched TE families and with other factors in variable families, including KRAB-ZNFs. We also observed a strong association between basal TE transcripts and viral load post infection. Finally, we built a predictive model suggesting that TEs, and host factors regulating TEs, contribute to the variable response to infection.

Abstract Genetic variants, including mobile element insertions (MEIs), are known to impact the epigenome. We hypothesized that the use of a genome graph, which encapsulates genetic diversity, could reveal missing epigenomic signal. Given the contributions of mobile elements to the evolution of primate innate immunity, we tested this in monocyte-derived macrophages obtained from 35 individuals before and after Influenza virus infection. After characterizing genetic variants in this cohort using linked-reads, including 5140 Alu, 316 L1, 94 SVAs and 48 ERVs, we incorporated them into a genome graph. Mapping epigenetic data to this graph revealed 2.5%, 3.0% and 2.3% novel peaks for H3K4me1 and H3K27ac ChIP-seq and ATAC-seq respectively. Notably, using a genome graph also modified quantitative trait loci estimates and we observed 375 polymorphic MEIs in active epigenomic state. For example, we found an AluYh3 polymorphism whose chromatin state changed after infection and that was associated with the expression of TRIM25 , a gene that restricts influenza RNA synthesis. Our results demonstrate that graph genomes can reveal regulatory regions that would have been overlooked by other approaches.

Posterior fossa group A (PFA) ependymoma is a lethal brain cancer diagnosed in infants and young children. The lack of driver events in the PFA linear genome led us to search its 3D genome for characteristic features. Here, we reconstructed 3D genomes from diverse childhood tumor types and uncovered a global topology in PFA that is highly reminiscent of stem and progenitor cells in a variety of human tissues. A remarkable feature exclusively present in PFA are type B ultra long-range interactions in PFAs (TULIPs), regions separated by great distances along the linear genome that interact with each other in the 3D nuclear space with surprising strength. TULIPs occur in all PFA samples and recur at predictable genomic coordinates, and their formation is induced by expression of EZHIP. The universality of TULIPs across PFA samples suggests a conservation of molecular principles that could be exploited therapeutically.

Many endogenous retroviruses (ERVs) in the human genome are primate-specific and have contributed novel cis-regulatory elements and transcripts. However, current approaches for classifying and annotating ERVs and their long terminal repeats (LTRs) have limited resolution and are inaccurate. Here, we developed a new annotation based on phylogenetic analysis and cross-species conservation. Focusing on the evolutionary young MER11A/B/C subfamilies, we revealed the presence of four phyletic groups, that better explained the epigenetic heterogeneity observed within these subfamilies, suggesting a new annotation for 412 (19.8%) of the MER11 instances. Furthermore, we functionally validated the regulatory potential of these four phyletic groups using a massively parallel reporter assay (MPRA), which also identified motifs associated with their differential activities. Combining MPRA with phyletic groups across primates revealed an apes-specific gain of SOX related motifs through a single-nucleotide deletion. Lastly, by applying our approach across 53 primate-specific LTR subfamilies, we determined the presence of 75 phyletic groups and found that 3,807 (30.0%) instances from 26 LTR subfamilies could be categorized into a novel phyletic group, many of which with a distinct epigenetic profile. Thus, with our refined annotation of primate-specific LTRs, it will be possible to better understand the evolution in primate genomes and potentially identify new roles for ERV/LTRs in their hosts.

At present, the mechanism of fluorosis-induced damage to the hepatic system is unclear. Studies have shown that excess fluoride causes some degree of damage to the liver, including inflammation. The SDF-1/CXCR4 signaling axis has been reported to have an impact on the regulation of inflammation in human cells. In this study, we investigated the role of the SDF-1/CXCR4 signaling axis and related inflammatory factors in fluorosis through in vitro experiments on human hepatic astrocytes (LX-2) cultured with sodium fluoride. CCK-8 assays showed that the median lethal dose at 24 h was 2 mmol/l NaF, and these conditions were used for subsequent enzyme-linked immunosorbent assays (ELISAs) and quantitative real-time polymerase chain reaction (qPCR) analysis. The protein expression levels of SDF-1/CXCR4 and the related inflammatory factors nuclear factor-κB (NF-κB), interleukin-6 (IL-6), tumor necrosis factor-α (TNF-α) and interleukin 1β (IL-1β) were detected by ELISAs from the experimental and control groups. The mRNA expression levels of these inflammatory indicators were also determined by qPCR in both groups. Moreover, the expression levels of these factors were significantly higher in the experimental group than in the control group at both the protein and mRNA levels (P < 0.05). Excess fluorine may stimulate the SDF-1/CXCR4 signaling axis, activating the inflammatory NF-κB signaling pathway and increasing the expression levels of the related inflammatory factors IL-6, TNF-α and IL-1β. Identification of this mechanism is important for elucidating the pathogenesis of fluorosis-induced liver injury.

Abstract Co-targeting PD-1/PD-L1 and TIGIT/CD226 is being pursued to broaden the efficacy of current immunotherapy. Here we demonstrate that a bispecific antibody (BsAb) targeting PD-L1 and TIGIT, HB0036, shows major advantages over the combination of the two parental monoclonal Abs (mAbs). We demonstrated that HB0036 co-engages PD-L1 + tumour cells and TIGIT + T cells, and thereby upregulates CD226 on T cells and induces a greater T-cell proliferative response compared to the combination of the parental antibodies in vitro . In vivo , HB0036 recruits greater amounts of TIGIT antibody in PD-L1 + tumours but not in PD-L1 - tumours, compared with therapy using the two parental antibodies. We also observed improved tumour control and favourable immunological signatures with HB0036 in syngeneic and xenograft tumour models. Collectively, these findings demonstrate that bispecific antibodies targeting PD-L1 and TIGIT offer superior benefits in cancer immunotherapy compared with therapy using the two parental antibodies. Based on these studies, a phase I clinical trial with HB0036 has been initiated in patients with solid tumours ( NCT05417321 ).

Motivation: Approximately 8% of the human genome is derived from endogenous retroviruses (ERVs). In recent years, an increasing number of human diseases have been found to be associated with ERVs. However, it remains challenging to accurately detect the full spectrum of polymorphic (unfixed) ERVs using next-generation sequencing (NGS) data. Results: We designed a new tool, ERVcaller, to detect and genotype transposable element (TE) insertions, including ERVs, in the human genome. We evaluated ERVcaller using both simulated and real benchmark whole-genome sequencing (WGS) datasets. By comparing with existing tools, ERVcaller consistently obtained both the highest sensitivity and precision for detecting simulated ERV and other TE insertions derived from real polymorphic TE sequences. For the WGS data from the 1000 Genomes Project, ERVcaller detected the largest number of TE insertions per sample based on consensus TE loci. By analyzing the experimentally verified TE insertions, ERVcaller had 94.0% TE detection sensitivity and 96.6% genotyping accuracy. PCR and Sanger sequencing in a small sample set verified 86.7% of examined insertion statuses and 100% of examined genotypes. In conclusion, ERVcaller is capable of detecting and genotyping TE insertions using WGS data with both high sensitivity and precision. This tool can be applied broadly to other species.

Transposable Elements (TEs) are abundant and mobile repetitive DNA sequences evolving within and across their hosts9 genomes. Active TEs cause insertion polymorphism and contribute to genomic diversity. Here, we present GraffiTE, a flexible and comprehensive pipeline for detecting and genotyping polymorphic mobile elements (pMEs). By integrating state-of-the-art SV detection algorithms and graph-genome frameworks, GraffiTE enables the accurate identification of pMEs from genomic assemblies and long-read as well as the precise genotyping of these variants using short- or long-read data. Performance evaluations using simulated and benchmark datasets demonstrate high precision and recall rates. Notably, we demonstrate the versatility of GraffiTE by analyzing the human reference pangenome, 30 Drosophila melanogaster genomes, and multiple cultivars of the emerging crop model Cannabis sativa, where pMEs are undocumented. These analyses reveal the landscapes of pMEs and their frequency variations across individuals, strains, and cultivars. GraffiTE provides a user-friendly interface, allowing non-expert users to perform comprehensive pME analyses, including in models with limited TE prior knowledge. The pipeline9s extensible design and compatibility with various sequencing technologies make it a valuable integrative framework for studying TE dynamics and their impact on genome evolution. GraffiTE is freely available at https://github.com/cgroza/GraffiTE.