Long recognized as an evolutionarily ancient cell type involved in tissue homeostasis and immune defense against pathogens, macrophages are being rediscovered as regulators of several diseases, including cancer. Here we show that in mice, mammary tumor growth induces the accumulation of tumor-associated macrophages (TAMs) that are phenotypically and functionally distinct from mammary tissue macrophages (MTMs). TAMs express the adhesion molecule Vcam1 and proliferate upon their differentiation from inflammatory monocytes, but do not exhibit an “alternatively activated” phenotype. TAM terminal differentiation depends on the transcriptional regulator of Notch signaling, RBPJ; and TAM, but not MTM, depletion restores tumor-infiltrating cytotoxic T cell responses and suppresses tumor growth. These findings reveal the ontogeny of TAMs and a discrete tumor-elicited inflammatory response, which may provide new opportunities for cancer immunotherapy.

Abstract Animal tissues are comprised of diverse cell types. However, the mechanisms controlling the number of each cell type within tissue compartments remain poorly understood. Here, we report that different cell types utilize distinct strategies to control population numbers. Proliferation of fibroblasts, stromal cells important for tissue integrity, is limited by space availability. In contrast, proliferation of macrophages, innate immune cells involved in defense, repair, and homeostasis, is constrained by growth factor availability. Examination of density-dependent gene expression in fibroblasts revealed that Hippo and TGF- β target genes are both regulated by cell density. We found YAP1, the transcriptional co-activator of the Hippo signaling pathway, directly regulates expression of Csf1 , the lineage-specific growth factor for macrophages, through an enhancer of Csf1 that is specifically active in fibroblasts. Activation of YAP1 in fibroblasts elevates Csf1 expression and is sufficient to increase the number of macrophages at steady state. Our data also suggest that expression programs in fibroblasts that change with density may result from sensing of mechanical force through actin-dependent mechanisms. Altogether, we demonstrate that two different modes of population control are connected and coordinated to regulate cell numbers of distinct cell types. Sensing of the tissue environment may serve as a general strategy to control tissue composition. Significance Statement Collections of distinct cell types constitute animal tissues. To perform their unique functions, each cell type must exist in the correct number and proportion in a given tissue compartment. However, many of the mechanisms regulating and coordinating cell population sizes remain enigmatic. Our study characterizes two different modes of population size control, utilized by two ubiquitous cell types, macrophages and fibroblasts. Macrophage populations are more sensitive to the presence of growth factors in the environment and fibroblasts are more sensitive to space limitations. Intriguingly, space-sensing mechanisms in fibroblasts directly control the production of growth factor for macrophages and thus macrophage numbers. This link suggests a mechanism by which macrophage compartment size is controlled by stromal cells according to the microenvironment.

Tissue-repair is a protective response after injury, but repetitive or prolonged injury can lead to fibrosis, a pathological state of excessive scarring. To pinpoint the dynamic mechanisms underlying fibrosis, it is important to understand the principles of the cell circuits that carry out tissue-repair. In this study, we establish a cell-circuit framework for the myofibroblast-macrophage circuit in wound-healing, including the accumulation of scar-forming extracellular matrix. We find that fibrosis results from multi-stability between three outcomes, which we term hot fibrosis characterized by many macrophages, cold fibrosis lacking macrophages, and normal wound-healing. The cell-circuit framework clarifies several unexplained phenomena including the paradoxical effect of macrophage depletion, the limited time-window in which removing inflammation leads to healing, the effects of cellular senescence, and why scar maturation takes months. We define key parameters that control the transition from healing to fibrosis, which may serve as potential targets for therapeutic reduction of fibrosis.

Tumor progression is associated with overstimulation of cytotoxic T lymphocytes (CTLs), resulting in a dysfunctional state of exhaustion. How T cell exhaustion is elicited in the tumor remains poorly understood. Here we show that tumor-associated macrophages (TAMs) present cancer cell antigen and induce CTL exhaustion through a gene expression program dependent on the transcription factor interferon regulatory factor-8 (IRF8). In a transgenic model of murine breast cancer, CTL priming was supported by IRF8-dependent dendritic cells; yet, CTL exhaustion required TAM expression of IRF8, and its ablation suppressed tumor growth. An analysis of the highly immune-infiltrated human renal cell carcinoma tumors revealed abundant TAMs that expressed IRF8 and were enriched for an IRF8 gene expression signature. The IRF8 signature co-segregated with T cell exhaustion markers and was negatively associated with long-term patient survival. Thus, CTL exhaustion is promoted by TAMs via IRF8, and this crosstalk may be disrupted in TAM-targeted therapies.

Influenza viruses are a major global cause of morbidity and mortality. Vagal TRPV1

Acute injury in the airways or the lung activates local progenitors and stimulates changes in cell-cell interactions to restore homeostasis, but it is not appreciated how more distant niches are impacted. We utilized mouse models of airway-specific epithelial injury to examine secondary tissue-wide alveolar, immune, and mesenchymal responses. Single-cell transcriptomics and in vivo validation revealed transient, tissue-wide proliferation of alveolar type 2 (AT2) progenitor cells after club cell-specific ablation. The AT2 cell proliferative response was reliant on alveolar macrophages (AMs) via upregulation of Spp1 which encodes the secreted factor Osteopontin. A previously uncharacterized mesenchymal population we termed Mesenchymal Airway/Adventitial Niche Cell 2 (MANC2) also exhibited dynamic changes in abundance and a pro-fibrotic transcriptional signature after club cell ablation in an AM-dependent manner. Overall, these results demonstrate that acute airway damage can trigger distal lung responses including altered cell-cell interactions that may contribute to potential vulnerabilities for further dysregulation and disease.