Helminth parasitic infections are a major global health and social burden. The host defence against helminths such as Nippostrongylus brasiliensis is orchestrated by type 2 cell-mediated immunity. Induction of type 2 cytokines, including interleukins (IL) IL-4 and IL-13, induce goblet cell hyperplasia with mucus production, ultimately resulting in worm expulsion. However, the mechanisms underlying the initiation of type 2 responses remain incompletely understood. Here we show that tuft cells, a rare epithelial cell type in the steady-state intestinal epithelium, are responsible for initiating type 2 responses to parasites by a cytokine-mediated cellular relay. Tuft cells have a Th2-related gene expression signature and we demonstrate that they undergo a rapid and extensive IL-4Rα-dependent amplification following infection with helminth parasites, owing to direct differentiation of epithelial crypt progenitor cells. We find that the Pou2f3 gene is essential for tuft cell specification. Pou2f3(-/-) mice lack intestinal tuft cells and have defective mucosal type 2 responses to helminth infection; goblet cell hyperplasia is abrogated and worm expulsion is compromised. Notably, IL-4Rα signalling is sufficient to induce expansion of the tuft cell lineage, and ectopic stimulation of this signalling cascade obviates the need for tuft cells in the epithelial cell remodelling of the intestine. Moreover, tuft cells secrete IL-25, thereby regulating type 2 immune responses. Our data reveal a novel function of intestinal epithelial tuft cells and demonstrate a cellular relay required for initiating mucosal type 2 immunity to helminth infection.

Parasitic nematodes (roundworms) and platyhelminths (flatworms) cause debilitating chronic infections of humans and animals, decimate crop production and are a major impediment to socioeconomic development. Here we report a broad comparative study of 81 genomes of parasitic and non-parasitic worms. We have identified gene family births and hundreds of expanded gene families at key nodes in the phylogeny that are relevant to parasitism. Examples include gene families that modulate host immune responses, enable parasite migration though host tissues or allow the parasite to feed. We reveal extensive lineage-specific differences in core metabolism and protein families historically targeted for drug development. From an in silico screen, we have identified and prioritized new potential drug targets and compounds for testing. This comparative genomics resource provides a much-needed boost for the research community to understand and combat parasitic worms. Comparative study of 81 genomes of parasitic and non-parasitic worms identifies gene family births and expanded gene families at key nodes in the phylogeny that are relevant to parasitism and proteins historically targeted for drug development.

Abstract The intestinal tract is a common site for infection, and it relies on an appropriate immune response to defend against pathogens. The intestinal epithelium has an important role in effector responses, which is coordinated by immune-type specific cytokines. It is incompletely understood how cytokines drive epithelial responses. Here, using organoid-cytokine co-cultures, we provide a comprehensive analysis of how key cytokines affect the intestinal epithelium, and relate this to in vivo infection models. We use imaging, based on a convolutional neural network, and transcriptomic analysis to reveal that cytokines use developmental pathways to define intestinal epithelial effector responses. For example, we find IL-22 and IL-13 dichotomously induce goblet cells, in which only IL-13 driven goblet cells are associated with NOTCH signaling. We further show that IL-13 induces BMP signalling to act as a negative feedback loop in IL-13 induced tuft cell hyperplasia, an important aspect of type 2 immunity. Together, we show that targeting developmental pathways may be a useful tool to tailor epithelial effector responses that are necessary for immunity to infection.

Skin wound healing due to full thickness wounds typically results in fibrosis and scarring, where parenchyma tissue is replaced with connective tissue. A major advance in wound healing research would be to instead promote tissue regeneration. Helminth parasites express excretory/secretory (ES) molecules, which can modulate mammalian host responses. One recently discovered ES protein, TGF-β mimic (TGM), binds the TGF-β receptor, though likely has other activities. Here, we demonstrate that topical administration of TGM under a Tegaderm bandage enhanced wound healing and tissue regeneration in an in vivo wound biopsy model. Increased restoration of normal tissue structure in the wound beds of TGM-treated mice was observed during mid- to late-stage wound healing. Both accelerated re-epithelialization and hair follicle regeneration were observed. Further analysis showed differential expansion of myeloid populations at different wound healing stages, suggesting recruitment and reprogramming of specific macrophage subsets. This study indicates a role for TGM as a potential therapeutic option for enhanced wound healing.

Abstract The infective L3 larvae of Heligmosomoides polygyrus migrate to the small intestine where they take up residence in the submucosa, triggering the formation of complex granulomas around the parasite. Here, we employ spatial transcriptomics to elucidate the transcriptional intricacies and cell-cell interactions of the murine small intestine under both steady-state conditions and in response to H. polygyrus infection. Our findings unveil distinct transcriptional signatures in the crypt zone, villi, and granulomas, providing nuanced insights into the molecular dynamics of the host response to parasitic infection. Molecular characterization of H. polygyrus granulomas reveals unique cellular compositions within distinct clusters, shedding light on localized immune activation and cellular dynamics. Utilizing deconvolution techniques, we uncovered common and infection-specific signatures of cell type colocalization, and identified potential ligand-receptor pairs that may mediate communication between the granuloma tissue and the epithelial crypt cells. Additionally, our study highlights the upregulation of genes such as Ccl9, Fcer1g and Tmsb4x within granulomas, suggesting roles in type 2 inflammation, and genes (e.g Reg3b and Mxra7 ) associated with wound healing and tissue repair. These results not only enhance our understanding of the murine small intestine’s transcriptional landscape but also provide a platform for exploring host-pathogen interactions. The comprehensive analysis presented here contributes to a holistic comprehension of tissue-specific responses during parasitic infections, offering valuable insights for targeted therapeutic interventions.