HIV-associated neurocognitive disorders (HAND) affect over half of HIV-infected individuals, despite antiretroviral therapy (ART). Therapeutically targetable mechanisms underlying HAND remain elusive, partly due to a lack of a representative model. We developed a human-induced pluripotent stem cell (hiPSC)-based model, independently differentiating hiPSCs into neurons, astrocytes, and microglia, and systematically combining to generate a tri-culture with or without HIV infection and ART. Single-cell RNA sequencing analysis on tri-cultures with HIV-infected microglia revealed inflammatory signatures in the microglia and EIF2 signaling in all three cell types. Treatment with the antiretroviral compound efavirenz (EFZ) mostly resolved these signatures. However, EFZ increased RhoGDI and CD40 signaling in the HIV-infected microglia. This activation was associated with a persistent increase in tumor necrosis factor α production by microglia. This work establishes a tri-culture that recapitulates key features of HIV infection in the CNS and provides a new model to examine the effects of infection, its treatment, and other co-morbid conditions.

Abstract How FOXP3 + T follicular regulatory (Tfr) cells simultaneously steer antibody formation toward microbe/vaccine recognition and away from self-reactivity remains unsettled. To explore human Tfr cell provenance, function and location heterogeneity, we used paired TCRVA / TCRVB sequencing to distinguish tonsillar Tfr cells clonally related to natural Tregs (nTfr) from those likely induced from Tfh cells (iTfr). The proteins iTfr and nTfr cells differentially expressed were utilized to pinpoint their in situ locations via multi-plex microscopy and establish divergent functional roles. In-silico and tonsil organoid tracking models corroborated the existence of separate Treg-to-nTfr and Tfh-to-iTfr developmental trajectories. In total, we have identified human iTfr cells as a distinct CD38-expressing, GC-resident, Tfh-descended subset that gains suppressive function while retaining capacities for B-cell help whereas CD38 - nTfr cells are elite suppressors primarily localized to follicular mantles. Interventions differentially targeting Tfr subsets may provide therapeutic opportunities to boost immunity or more precisely treat autoimmune diseases. One sentence summary Human tonsillar Tfr clones descend from either Treg or Tfh lineages and provenance predicts their TCR repertoires, locations and functional characteristics.

Abstract Patients with familial platelet disorder with a predisposition to myeloid malignancy (FPDMM) harbor germline monoallelic mutations in a key hematopoietic transcription factor RUNX1. Previous studies of FPDMM have focused on megakaryocyte (Mk) differentiation, and platelet production and signaling. However, the effects of RUNX1 haploinsufficiency on hematopoietic progenitor cells (HPCs) and subsequent megakaryopoiesis remains incomplete. To address this issue, we studied induced-pluripotent stem cell (iPSC)-derived HPCs (iHPCs) and Mks (iMks) from both patient-derived lines and a wildtype line modified to be RUNX1 haploinsufficient (RUNX1 +/− ), each compared to their isogenic wildtype control. All RUNX1 +/− lines showed decreased iMk yield and depletion of a Mk-biased iHPC subpopulation. To investigate global and local gene expression changes underlying this iHPC shift, single-cell RNA sequencing was performed on sorted FPDMM and control iHPCs. We defined several cell subpopulations in FPDMM Mk-biased iHPCs. Analyses of gene sets upregulated in FPDMM iHPCs indicated enrichment for response to stress, regulation of signal transduction and response to cytokine gene sets. Immunoblotting studies in FPDMM iMks were consistent with these findings, but also identified augmented baseline c-Jun N-terminal kinase (JNK) phosphorylation, known to be activated by transforming growth factor β1 and cellular stressors. J-IN8 and RepSox, small drugs targeting these pathways, corrected quantitative defects in FPDMM iHPC production. These findings were confirmed in adult human CD34 + -derived stem and progenitor cells transduced with lentiviral RUNX1 short-hairpin (sh) RNA to mimic RUNX1 +/− . These mechanistic studies of the defect in megakaryopoiesis in FPDMM suggest druggable pathways for clinical management of thrombocytopenia in affected patients. Key points RUNX1 haploinsufficiency results in a deficiency of megakaryocyte-biased hematopoietic progenitor cells (HPCs). RUNX1 haploinsufficiency elevates druggable proinflammatory and TGFβR1-related pathways in HPCs.

Abstract Non-hematopoietic lymph node stromal cells (LNSCs) regulate lymphocyte trafficking, survival, and function for key roles in host defense, autoimmunity, alloimmunity, and lymphoproliferative disorders. However, study of LNSCs in human diseases is complicated by a dependence on viable lymphoid tissues, which are most often excised prior to establishment of a specific diagnosis. Here, we demonstrate that cryopreservation can be used to bank lymphoid tissue for the study of LNSCs in human disease. Using human tonsils, lymphoid tissue fragments were cryopreserved for subsequent enzymatic digestion and recovery of viable non-hematopoietic cells. Flow cytometry and single-cell transcriptomics identified comparable proportions of LNSC cell types in fresh and cryopreserved tissue. Moreover, cryopreservation had little effect on transcriptional profiles, which showed significant overlap between tonsils and lymph nodes. The presence and spatial distribution of transcriptionally defined cell types was confirmed by in situ analyses. Our broadly applicable approach promises to greatly enable research into the roles of LNSC in human disease.

Uterine natural killer cells (uNKs) are a tissue resident lymphocyte population that are critical for pregnancy success. Although mouse models have demonstrated that NK deficiency results in abnormal placentation and poor pregnancy outcomes, the generalizability of this knowledge to humans remains unclear. Here we identify uterus transplant (UTx) recipients as a human population with reduced endometrial NK cells and altered pregnancy phenotypes. We further show that the NK reduction in UTx is due to impaired transcriptional programming of NK tissue residency due to blockade of the transcription factor nuclear factor of activated T cells (NFAT). NFAT-dependent genes played a role in multiple molecular circuits governing tissue residency in uNKs, including early residency programs involving AP-1 transcription factors as well as TGFβ-mediated upregulation of surface integrins. Collectively, our data identify a previously undescribed role for NFAT in uterine NK tissue residency and provide novel mechanistic insights into the biologic basis of pregnancy complications due to alteration of tissue resident NK subsets in humans.Role of NFAT in uterine NK cell tissue residency.

Linked-read sequencing provides long-range information on short-read sequencing data by barcoding reads originating from the same DNA molecule, and can improve the detection and breakpoint identification for structural variants (SVs). We present LinkedSV for SV detection on linked-read sequencing data. LinkedSV considers barcode overlapping and enriched fragment endpoints as signals to detect large SVs, while it leverages read depth, paired-end signals and local assembly to detect small SVs. Benchmarking studies demonstrates that LinkedSV outperforms existing tools, especially on exome data and on somatic SVs with low variant allele frequencies. We demonstrate clinical cases where LinkedSV identifies disease causal SVs from linked-read exome sequencing data missed by conventional exome sequencing, and show examples where LinkedSV identifies SVs missed by high-coverage long-read sequencing. In summary, LinkedSV can detect SVs missed by conventional short-read and long-read sequencing approaches, and may resolve negative cases from clinical genome/exome sequencing studies.

ABSTRACT The receptor for colony stimulating factor 1 (CSF-1R) is important for the survival and function of myeloid cells that mediate pathology during experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), an animal model of multiple sclerosis (MS). CSF-1 and IL-34, the ligands of CSF-1R, have similar bioactivities but distinct tissue and context-dependent expression patterns, suggesting that they have different roles. This could be the case in EAE, given that CSF-1 expression is upregulated in the CNS, while IL-34 remains constitutively expressed. We found that targeting CSF-1 with neutralizing mAb halted ongoing EAE, with efficacy superior to CSF-1R inhibitor BLZ945, whereas IL-34 neutralization had no effect, suggesting that pathogenic myeloid cells were maintained by CSF-1, not IL-34. Both anti-CSF-1- and BLZ945-treatment greatly reduced numbers of monocyte-derived cells and microglia in the CNS. However, anti-CSF-1 selectively depleted inflammatory microglia and monocytes in inflamed CNS areas, whereas BLZ945 depleted virtually all myeloid cells, including quiescent microglia, throughout the CNS. Anti-CSF-1 treatments reduced the size of demyelinated lesions, and microglial activation in the grey matter. Lastly, we found that bone marrow-derived immune cells were the major mediators of CSF-1R-dependent pathology, while microglia played a lesser role. Our findings suggest that targeting CSF-1 could be effective in ameliorating MS pathology, while preserving the homeostatic functions of myeloid cells, thereby minimizing risks associated with total ablation of CSF-1R-dependent cells. Significance Statement Multiple sclerosis (MS) and its animal model, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), are autoimmune diseases characterized by accumulation of myeloid immune cells into the central nervous system (CNS). Both harmful and beneficial myeloid cells are present in EAE/MS, and a goal of MS therapy is to preferentially remove harmful myeloid cells. The receptor for CSF-1 (CSF-1R) is found on myeloid cells and it is important for their survival. CSF-1R can bind two ligands, CSF-1 and IL-34, but is unknown whether their functions in EAE/MS differ. We found that blocking CSF-1 depleted only harmful myeloid cells in the CNS and suppressed EAE, whereas blocking IL-34 had no effect. Thus, we propose that blocking CSF-1 could be a novel therapy for MS.

HIV-Associated Neurocognitive Disorders (HAND) affect over half of HIV-infected individuals worldwide, despite antiretroviral therapy (ART). Therapeutically targetable mechanisms underlying HAND remain elusive. We developed a human-induced pluripotent stem cell (HiPSC) based model; whereby, we independently differentiate HiPSCs into neurons, astrocytes, and microglia and systematically combine to generate a tri-culture with or without HIV-infection and ART. scRNAseq analysis on tri-cultures including HIV-infected microglia revealed inflammatory signatures in the microglia and EIF2 signaling in all three cell types. Remarkably, EFZ alone induced a similar response to infection. Treatment with the antiretroviral compound Efavirenz (EFZ) mostly resolved these signatures; However, EFZ increased RhoGDI and CD40 signaling in the HIV-infected microglia. This activation was associated with a persistent increase in TNFa expression. This work establishes a tri-culture that recapitulates key features of HIV infection in the CNS and provides a new model to examine the effects of HIV infection and its treatment with antiretrovirals.