Multiple sclerosis (MS) is a heterogenous autoimmune disease in which autoreactive lymphocytes attack the myelin sheath of the central nervous system. B lymphocytes in the cerebrospinal fluid (CSF) of patients with MS contribute to inflammation and secrete oligoclonal immunoglobulins1,2. Epstein-Barr virus (EBV) infection has been epidemiologically linked to MS, but its pathological role remains unclear3. Here we demonstrate high-affinity molecular mimicry between the EBV transcription factor EBV nuclear antigen 1 (EBNA1) and the central nervous system protein glial cell adhesion molecule (GlialCAM) and provide structural and in vivo functional evidence for its relevance. A cross-reactive CSF-derived antibody was initially identified by single-cell sequencing of the paired-chain B cell repertoire of MS blood and CSF, followed by protein microarray-based testing of recombinantly expressed CSF-derived antibodies against MS-associated viruses. Sequence analysis, affinity measurements and the crystal structure of the EBNA1-peptide epitope in complex with the autoreactive Fab fragment enabled tracking of the development of the naive EBNA1-restricted antibody to a mature EBNA1-GlialCAM cross-reactive antibody. Molecular mimicry is facilitated by a post-translational modification of GlialCAM. EBNA1 immunization exacerbates disease in a mouse model of MS, and anti-EBNA1 and anti-GlialCAM antibodies are prevalent in patients with MS. Our results provide a mechanistic link for the association between MS and EBV and could guide the development of new MS therapies.

In this work, we find that CD8 + T cells expressing inhibitory killer cell immunoglobulin-like receptors (KIRs) are the human equivalent of Ly49 + CD8 + regulatory T cells in mice and are increased in the blood and inflamed tissues of patients with a variety of autoimmune diseases. Moreover, these CD8 + T cells efficiently eliminated pathogenic gliadin-specific CD4 + T cells from the leukocytes of celiac disease patients in vitro. We also find elevated levels of KIR + CD8 + T cells, but not CD4 + regulatory T cells, in COVID-19 patients, correlating with disease severity and vasculitis. Selective ablation of Ly49 + CD8 + T cells in virus-infected mice led to autoimmunity after infection. Our results indicate that in both species, these regulatory CD8 + T cells act specifically to suppress pathogenic T cells in autoimmune and infectious diseases.

Abstract Background Multiple lines of evidence support peripheral organs in the initiation or progression of Lewy body disease (LBD), a spectrum of neurodegenerative diagnoses that include Parkinson’s Disease (PD) without or with dementia (PDD) and dementia with Lewy bodies (DLB). However, the potential contribution of the peripheral immune response to LBD remains unclear. This study aims to characterize peripheral immune responses unique to participants with LBD at single-cell resolution to highlight potential biomarkers and increase mechanistic understanding of LBD pathogenesis in humans. Methods In a case–control study, peripheral mononuclear cell (PBMC) samples from research participants were randomly sampled from multiple sites across the United States. The diagnosis groups comprise healthy controls (HC, n = 159), LBD (n = 110), Alzheimer’s disease dementia (ADD, n = 97), other neurodegenerative disease controls (NDC, n = 19), and immune disease controls (IDC, n = 14). PBMCs were activated with three stimulants (LPS, IL-6, and IFNa) or remained at basal state, stained by 13 surface markers and 7 intracellular signal markers, and analyzed by flow cytometry, which generated 1,184 immune features after gating. Results The model classified LBD from HC with an AUROC of 0.87 ± 0.06 and AUPRC of 0.80 ± 0.06. Without retraining, the same model was able to distinguish LBD from ADD, NDC, and IDC. Model predictions were driven by pPLCγ2, p38, and pSTAT5 signals from specific cell populations under specific activation. The immune responses characteristic for LBD were not associated with other common medical conditions related to the risk of LBD or dementia, such as sleep disorders, hypertension, or diabetes. Conclusions and Relevance Quantification of PBMC immune response from multisite research participants yielded a unique pattern for LBD compared to HC, multiple related neurodegenerative diseases, and autoimmune diseases thereby highlighting potential biomarkers and mechanisms of disease.

Summary Studies implicated peripheral organs involvement in the development of Lewy body disease (LBD), a spectrum of neurodegenerative diagnoses that include Parkinson’s Disease (PD) without or with dementia (PDD) and dementia with Lewy bodies (DLB). This study characterized peripheral immune responses unique to LBD at single-cell resolution. Peripheral mononuclear cell (PBMC) samples were collected from sites across the U.S. The diagnosis groups comprise healthy controls (HC, n=164), LBD (n=132), Alzheimer’s disease dementia (ADD, n=98), other neurodegenerative disease controls (NDC, n=21), and immune disease controls (IDC, n=14). PBMCs were activated with three stimulants, stained by surface and intracellular signal markers, and analyzed by flow cytometry, generating 1,184 immune features. Our model classified LBD from HC with an AUROC of 0.90±0.06. The same model distinguished LBD from ADD, NDC, IDC, or other common conditions associated with LBD. Model predictions were driven by pPLCγ2, p38, and pSTAT5 signals from specific cell populations and activations.

Previous reports show that Ly49 CD8 T cells can suppress autoimmunity in mouse models of autoimmune diseases. Here we find a markedly increased frequency of CD8 T cells expressing inhibitory Killer cell Immunoglobulin like Receptors (KIR), the human equivalent of the Ly49 family, in the blood and inflamed tissues of various autoimmune diseases. Moreover, KIR CD8 T cells can efficiently eliminate pathogenic gliadin-specific CD4 T cells from Celiac disease (CeD) patients' leukocytes . Furthermore, we observe elevated levels of KIR CD8 T cells, but not CD4 regulatory T cells, in COVID-19 and influenza-infected patients, and this correlates with disease severity and vasculitis in COVID-19. Expanded KIR CD8 T cells from these different diseases display shared phenotypes and similar T cell receptor sequences. These results characterize a regulatory CD8 T cell subset in humans, broadly active in both autoimmune and infectious diseases, which we hypothesize functions to control self-reactive or otherwise pathogenic T cells.