Significance Immunosuppressive Foxp3-expressing regulatory T cells (Tregs) in tumor tissues are assumed to be clonally expanding via recognizing tumor-associated antigens. By single-cell RNA sequencing, we have searched for the molecules that are specifically expressed by such multiclonal tumor Tregs, but not by tumor-infiltrating effector T cells or natural Tregs in other tissues. The search revealed the chemokine receptor CCR8 as a candidate. Treatment of tumor-bearing mice with cell-depleting anti-CCR8 antibody indeed selectively removed multiclonal tumor Tregs without affecting effector T cells or tissue Tregs, eradicating established tumors with induction of potent tumor-specific effector/memory T cells and without activating autoimmune T cells. Thus, specific depletion of clonally expanding tumor Tregs is clinically instrumental for evoking effective tumor immunity without autoimmune adverse effects.

Abstract The possibility that RNA transcripts from clinical samples contain plenty of virus RNAs has not been pursued actively so far. We here developed a new tool for analyzing virus-transcribed mRNAs, not virus copy numbers, in the data of conventional and single-cell RNA-sequencing of human cells. Our pipeline, named VIRTUS (VIRal Transcript Usage Sensor), was able to detect 763 viruses including herpesviruses, retroviruses, and even SARS-CoV-2 (COVID-19), and quantify their transcripts in the sequence data. This tool thus enabled simultaneously detecting infected cells, the composition of multiple viruses within the cell, and the endogenous host gene expression profile of the cell. This bioinformatics method would be instrumental in addressing the possible effects of covertly infecting viruses on certain diseases and developing new treatments to target such viruses. Availability and implementation VIRTUS is implemented using Common Workflow Language and Docker under a CC-NC license. VIRTUS is freely available at https://github.com/yyoshiaki/VIRTUS . Supplementary information Supplementary data are available at Bioinformatics online.

Abstract Multiple sclerosis (MS) is a complex genetically mediated autoimmune disease of the central nervous system where anti-CD20-mediated B cell depletion is remarkably effective in the treatment of early disease. While previous studies investigated the effect of B cell depletion on select immune cell subsets using flow cytometry-based methods, the therapeutic impact on patient immune landscape is unknown. In this study, we explored how a therapy-driven “ in vivo perturbation ” modulates the diverse immune landscape by measuring transcriptomic granularity with single-cell RNA sequencing (scRNAseq). We demonstrate that B cell depletion leads to cell type-specific changes in the abundance and function of CSF macrophages and peripheral blood monocytes. Specifically, a CSF-specific macrophage population with an anti-inflammatory transcriptomic signature and peripheral CD16 + monocytes increased in frequency post-B cell depletion. In addition, we observed increases in TNFα messenger RNA and protein in monocytes post-B cell depletion, consistent with the finding that anti-TNFα treatment exacerbates autoimmune activity in MS. In parallel, B cell depletion also induced changes in peripheral CD4 + T cell populations, including increases in the frequency of TIGIT + regulatory T cells and marked decreases in the frequency of myelin peptide loaded-tetramer binding CD4 + T cells. Collectively, this study provides an exhaustive transcriptomic map of immunological changes, revealing different mechanisms of action contributing to the high efficacy in B cell depletion treatment of MS.

Myasthenia gravis (MG) is etiologically associated with thymus abnormalities, but its pathology in the thymus remains unclear. In this study, we attempt to narrow down the features associated with MG using spatial transcriptome analysis of thymoma and thymic hyperplasia samples. We find that the majority of thymomas are constituted by the cortical region. However, the small medullary region is enlarged in seropositive thymomas and contains polygenic enrichment and MG-specific germinal center structures. Neuromuscular medullary thymic epithelial cells, previously identified as MG-specific autoantigen-producing cells, are enriched in the cortico-medullary junction. The medulla is characterized by a specific chemokine pattern and immune cell composition, including migratory dendritic cells and effector regulatory T cells. Similar germinal center structures and immune microenvironments are also observed in the thymic hyperplasia medulla. This study shows that the medulla and junction areas are linked to MG pathology and provides insights into future MG research.

Summary Myasthenia gravis (MG) is known to be epidemiologically associated with abnormalities of the thymus, an organ that maintains central tolerance. However, due to the complexity of the thymus, specific characteristics related to the pathogenesis of MG remain elusive. In our study, we attempted to narrow down the features associated with MG using spatial transcriptome analysis of thymoma and thymic hyperplasia samples. We found that the majority of thymomas were constituted by the cortical region, whereas the medullary region was localized in comparatively restricted areas. Moreover, the medullary region contained polygenic enrichment, MG-specific germinal center structures, and a supporting immune microenvironment. Additionally, neuromuscular medullary thymic epithelial cells (nmTECs), previously identified as MG-specific autoantigen-producing cells, were situated at the cortico-medullary junction. The immune microenvironment in the medulla was characterized by a specific chemokine pattern and specific immune cells, such as CCR7 + migratory dendritic cells (migDCs) and effector regulatory T (Treg) cells. Furthermore, similar germinal center structures and immune microenvironments were observed in the medulla during thymic hyperplasia. This study indicates that the medulla and junction areas are related to the pathology of MG, suggesting that these areas should be the focus of future studies on MG pathogenesis and drug targeting.

Abstract Pancreatic cancer (PC) has a high mortality rate due to metastasis. Whereas KRAS is mutated in most PC patients, controlling KRAS or its downstream effectors has not been succeeded clinically. ARL4C is a small G protein whose expression is induced by the Wnt and EGF–RAS pathways. In the present study, we found that ARL4C is frequently overexpressed in PC patients and showed that its unique localization to membrane protrusions is required for cancer cell invasion. IQGAP1 was identified as a novel interacting protein for ARL4C. ARL4C recruited IQGAP1 and its downstream effector, MMP14, to membrane protrusions. Specific localization of ARL4C, IQGAP1, and MMP14 was the active site of invasion, which induced degradation of the extracellular matrix. Moreover, subcutaneously injected antisense oligonucleotide (ASO) against ARL4C into tumor-bearing mice suppressed metastasis of PC. These results suggest that ARL4C–IQGAP1–MMP14 signaling is activated at membrane protrusions of PC cells.

Abstract CD4 + T cells are a key mediator of various autoimmune diseases; however, how they contribute to disease development remains obscure primarily because of their cellular heterogeneity. Here, we evaluated CD4 + T cell subpopulations by decomposition-based transcriptome characterization together with canonical clustering strategies. This approach identified 12 independent transcriptional gene programs governing whole CD4 + T cell heterogeneity, which can explain the ambiguity of canonical clustering. In addition, we performed a meta-analysis using public single-cell data sets of over 1.8M peripheral CD4 + T cells from 953 individuals by projecting cells onto the reference and cataloged cell frequency and qualitative alterations of the populations in 20 diseases. The analyses revealed that the 12 transcriptional programs were useful in characterizing each autoimmune disease and predicting its clinical status. Moreover, genetic variants associated with autoimmune diseases showed disease-specific enrichment within the 12 gene programs. The results collectively provide a landscape of single-cell transcriptomes of CD4 + T cell subpopulations involved in autoimmune disease.

Abstract Myasthenia gravis (MG) is a neurological disease caused by autoantibodies against neuromuscular-associated proteins. While MG is frequently developed in thymoma patients, the etiologic factors for MG are not well understood. Here, by constructing a comprehensive atlas of thymoma using bulk and single-cell RNA-seq, we identified ectopic expression of neuromuscular molecules in MG-associated thymoma (MG-thymoma). These molecules were originated from a distinct subpopulation of medullary thymic epithelial cells (mTECs), which we named neuromuscular mTECs (nmTECs). MG-thymoma also exhibited microenvironments dedicated to autoantibody production, including ectopic germinal center formation, T follicular helper cell accumulation, and type 2 conventional dendritic cell migration. Cell-cell interaction analysis also predicted the interaction between nmTECs and T/B cells via CXCL12 - CXCR4 . The enrichment of nmTECs presenting neuromuscular molecules within MG-thymoma was further confirmed by immunohistochemically and by cellular composition estimation from MG-thymoma transcriptome. Altogether, this study suggests that nmTECs play a significant role in MG pathogenesis via ectopic expression of neuromuscular molecules.

Abstract Background Species-level genetic characterization of complex bacterial communities has important clinical applications in both diagnosis and treatment. Amplicon sequencing of the 16S ribosomal RNA (rRNA) gene has proven to be a powerful strategy for the taxonomic classification of bacteria. This study aims to improve the method for full-length 16S rRNA gene analysis using the nanopore long-read sequencer MinION™. We compared it to the conventional short-read sequencing method in both a mock bacterial community and human fecal samples. Results We modified our existing protocol for full-length 16S amplicon sequencing by MinION™. A new strategy for library construction with an optimized primer set overcame PCR-associated bias and enabled taxonomic classification across a broad range of bacterial species. We compared the performance of full-length and short-read 16S amplicon sequencing for the characterization of human gut microbiota with a complex bacterial composition. The relative abundance of dominant bacterial genera was highly similar between full-length and short-read sequencing. At the species level, MinION™ long-read sequencing had better resolution for discriminating between members of particular taxa such as Bifidobacterium , allowing an accurate representation of the sample bacterial composition. Conclusions Our present microbiome study, comparing the discriminatory power of full-length and short-read sequencing, clearly illustrated the analytical advantage of sequencing the full-length 16S rRNA gene, which provided the requisite species-level resolution and accuracy in clinical settings.

Abstract The development of haematopoiesis involves the coordinated action of numerous genes, some of which are implicated in haematological malignancies. However, the biological function of many genes remains elusive and unknown functional genes are likely to remain to be uncovered. Here, we report a previously uncharacterised gene in haematopoiesis, identified by screening mutant embryonic stem cells. The gene, ‘ attenuated haematopoietic development ( Ahed )’, encodes a nuclear protein. Conditional knockout (cKO) of Ahed results in anaemia from embryonic day 14.5 onward, leading to prenatal demise. Transplantation experiments demonstrate the incapacity of Ahed -deficient haematopoietic cells to reconstitute haematopoiesis in vivo. Employing a tamoxifen-inducible cKO model, we further reveal that Ahed deletion impairs the intrinsic capacity of haematopoietic cells in adult mice. Ahed deletion affects various pathways, and published databases present cancer patients with somatic mutations in Ahed . Collectively, our findings underscore the fundamental roles of Ahed in lifelong haematopoiesis, implicating its association with malignancies.