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 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.

One of the two X chromosomes of females is silenced through X chromosome inactivation (XCI) to compensate for the difference in the dosage between sexes. Among the X-linked genes, several genes escape from XCI, which could contribute to the differential gene expression between the sexes. However, the differences in the escape across cell types and tissues are still poorly characterized because no methods could directly evaluate the escape under a physiological condition at the cell-cluster resolution with versatile technology. Here, we developed a method, single-cell Level inactivated X chromosome mapping (scLinaX), which directly quantifies relative gene expression from the inactivated X chromosome with droplet-based single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) data. The scLinaX and differentially expressed genes analyses with the scRNA-seq datasets of -1,000,000 blood cells consistently identified the relatively strong degree of escape in lymphocytes compared to myeloid cells. An extension of scLinaX for multi-modal datasets, scLinaX-multi, suggested a stronger degree of escape in lymphocytes than myeloid cells at the chromatin-accessibility level with a 10X multiome dataset. The scLinaX analysis with the human multiple-organ scRNA-seq datasets also identified the relatively strong degree of escape from XCI in lymphoid tissues and lymphocytes. Finally, effect size comparisons of genome-wide association studies between sexes identified the larger effect sizes of the PRKX gene locus-lymphocyte counts association in females than males. This could suggest evidence of the underlying impact of escape on the genotype-phenotype association in humans. Overall, scLinaX and the quantified catalog of escape identified the heterogeneity of escape across cell types and tissues and would contribute to expanding the current understanding of the XCI, escape, and sex differences in gene regulation.

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.

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.