Abstract Neuroinflammation plays a crucial role during ageing and various neurological conditions, including Alzheimer’s disease, multiple sclerosis and infection. Technical limitations, however, have prevented an integrative analysis of how lymphocyte immune receptor repertoires and their accompanying transcriptional states change with age in the central nervous system (CNS). Here, we leveraged single-cell sequencing to simultaneously profile B cell receptor (BCR) and T cell receptor (TCR) repertoires and accompanying gene expression profiles in young and old mouse brains. We observed the presence of clonally expanded B and T cells in the central nervous system (CNS) of aged mice. Furthermore, many of these B cells were of the IgM and IgD isotype and had low levels of somatic hypermutation. Integrating gene expression information additionally revealed distinct transcriptional profiles of these clonally expanded lymphocytes. Our findings implicate that clonally related T and B cells in the CNS of elderly mice may contribute to neuroinflammation accompanying homeostatic ageing.

Abstract The strength of T cell receptor (TCR) stimulation and asymmetric distribution of fate determinants are both implied to affect T cell differentiation. Here, we uncovered asymmetric cell division (ACD) as a safeguard mechanism for memory CD8 T cell generation specifically upon strong TCR stimulation. Using live imaging approaches, we found that strong TCR stimulation induced elevated ACD rates and subsequent single cell derived colonies comprised both effector and memory precursor cells. The abundance of memory precursor cells emerging from a single activated T cell positively correlated with first mitosis ACD. Accordingly, preventing ACD by inhibition of PKCζ during the first mitosis upon strong TCR stimulation markedly curtailed the formation of memory precursor cells. Conversely, no effect of ACD on fate commitment was observed upon weak TCR stimulation. Our data provide new mechanistic insights into the role of ACD for CD8 T cell fate regulation upon different activation conditions.

Abstract T cell immunity is impaired during ageing, particularly in memory responses needed for efficient vaccination. Autophagy and asymmetric cell division (ACD) are cell biological mechanisms key to memory formation, which undergo a decline upon ageing. However, despite the fundamental importance of these processes in cellular function, the link between ACD and in vivo fate decisions has remained highly correlative in T cells and in the field of mammalian ACD overall. Here we provide robust causal evidence linking ACD to in vivo T cell fate decisions and our data are consistent with the concept that initiation of asymmetric T cell fates is regulated by autophagy. Analysing the proteome of first-daughter CD8 + T cells following TCR-triggered activation, we reveal that mitochondrial proteins rely on autophagy for their asymmetric inheritance and that damaged mitochondria are polarized upon first division. These results led us to evaluate whether mitochondria were asymmetrically inherited and to functionally address their impact on T cell fate. For this we used a novel mouse model that allows sequential tagging of mitochondria in mother and daughter cells, enabling their isolation and subsequent in vivo analysis of CD8 + T cell progenies based on pre-mitotic cell cargo. Autophagy-deficient CD8 + T cells showed impaired clearance and symmetric inheritance of old mitochondria, suggesting that degradation events promote asymmetry and are needed to generate T cells devoid of old organelles. Daughter cells inheriting old mitochondria are more glycolytic and upon adoptive transfer show reduced memory potential, whereas daughter cells that have not inherited old mitochondria from the mother cell are long-lived and expand upon cognate-antigen challenge. Proteomic and single-cell transcriptomic analysis of cells inheriting aged mitochondria suggest that their early fate divergence relies on one carbon metabolism as a consequence of poor mitochondrial quality and function. These findings increase our understanding of how T cell diversity is early-imprinted during division and will help foster the development of strategies to modulate T cell function. Abstract Figure The MitoSnap model allows tracking of pre-mitotic and post-mitotic cell cargoes. Both segregation and degradation (autophagy) contribute to the asymmetric inheritance of old mitochondria. Old mitochondria impact cell metabolism and function. Cells devoid of old mitochondria exhibit better memory potential in vivo .

CD8 T cells play a crucial role in providing protection from viral infections. It has recently been established that a subset of CD8 T cells expressing Tcf1 are responsible for sustaining exhausted T cells during chronic lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) infection. Many of these studies, however, have been performed using T cell receptor (TCR) transgenic mice, in which CD8 T cells express a monoclonal TCR specific for the LCMV glycoprotein. To investigate whether the Tcf1+ and Tcf1- repertoires are naturally composed of similar or different clones in wild-type mice exposed to acute or chronic LCMV infection, we performed TCR repertoire sequencing of virus-specific CD8 T cells, including Tcf1+ and Tcf1- populations. Our analysis revealed that the Tcf1+ TCR repertoire is maintained at an equal or higher degree of clonal diversity despite harboring fewer cells. Additionally, within the same animal, there was extensive clonal overlap between the Tcf1+ and Tcf1- repertoires in both chronic and acute LCMV infection. We could further detect these virus-specific clones in longitudinal blood samples earlier in the infection. With respect to common repertoire parameters (clonal overlap, germline gene usage, and clonal expansion), we found minor differences between the virus-specific TCR repertoire of acute and chronic LCMV infection 40 days post infection. Overall, our results indicate that the Tcf1+ population emerging during chronic LCMV infection is not clonally distinct from the Tcf1- population, supporting the notion that the Tcf1+ pool is indeed a fuel for the more exhausted Tcf1- population within the heterogenous repertoire of LCMV-specific CD8 T cells.

Abstract Lipids play a major role in inflammatory diseases by altering inflammatory cell functions, through their use as energy substrates or as lipid mediators such as oxylipins. Autophagy, a lysosomal degradation pathway that limits inflammation, is known to impact on lipid availability, however whether this controls inflammation remains unexplored. We found that upon intestinal inflammation visceral adipocytes upregulate autophagy and that adipocyte-specific loss of the autophagy gene Atg7 exacerbates inflammation. While autophagy decreased lipolytic release of free fatty acids, loss of the major lipolytic enzyme Pnpla2/Atgl in adipocytes did not alter intestinal inflammation, ruling out free fatty acids as anti- inflammatory energy substrates. Instead, Atg7 -deficient adipose tissues exhibited an altered oxylipin balance, driven through an NRF2-mediated upregulation of Ephx1 . This was accompanied by a shift in adipose tissue macrophage polarization with reduced secretion of IL-10, leading to lower circulating levels of IL-10. These results suggest an underappreciated fat-gut crosstalk through an autophagy- dependent regulation of anti-inflammatory oxylipins, indicating a protective effect of adipose tissues for distant inflammation.

Abstract CD4+ T cells orchestrate both humoral and cytotoxic immune responses. While it is known that CD4+ T cell proliferation relies on autophagy, direct identification of the autophagosomal cargo involved is still missing. Here, we created a transgenic mouse model, which, for the first time, enables us to directly map the proteinaceous content of autophagosomes in any primary cell by LC3 proximity labelling. IL-7Rα, a cytokine receptor mostly found in naïve and memory T cells, was reproducibly detected in autophagosomes of activated CD4+ T cells. Consistently, CD4+ T cells lacking autophagy showed increased IL-7Rα surface expression, while no defect in internalisation was observed. Mechanistically, excessive surface IL-7Rα sequestrates the common gamma chain, impairing the IL-2R assembly and downstream signalling crucial for T cell proliferation. This study provides proof-of-principle that key autophagy substrates can be reliably identified with this model to help mechanistically unravel autophagy’s contribution to healthy physiology and disease.