Allergic diseases mediated by T helper type (Th) 2 cell immune responses are rising dramatically in most developed countries. Exaggerated Th2 cell reactivity could result, for example, from diminished exposure to Th1 cell-inducing microbial infections. Epidemiological studies, however, indicate that Th2 cell-stimulating helminth parasites may also counteract allergies, possibly by generating regulatory T cells which suppress both Th1 and Th2 arms of immunity. We therefore tested the ability of the Th2 cell-inducing gastrointestinal nematode Heligmosomoides polygyrus to influence experimentally induced airway allergy to ovalbumin and the house dust mite allergen Der p 1. Inflammatory cell infiltrates in the lung were suppressed in infected mice compared with uninfected controls. Suppression was reversed in mice treated with antibodies to CD25. Most notably, suppression was transferable with mesenteric lymph node cells (MLNC) from infected animals to uninfected sensitized mice, demonstrating that the effector phase was targeted. MLNC from infected animals contained elevated numbers of CD4(+)CD25(+)Foxp3(+) T cells, higher TGF-beta expression, and produced strong interleukin (IL)-10 responses to parasite antigen. However, MLNC from IL-10-deficient animals transferred suppression to sensitized hosts, indicating that IL-10 is not the primary modulator of the allergic response. Suppression was associated with CD4(+) T cells from MLNC, with the CD4(+)CD25(+) marker defining the most active population. These data support the contention that helminth infections elicit a regulatory T cell population able to down-regulate allergen induced lung pathology in vivo.

Highlights•Microglia single-cell expression and morphology across 450 million years of evolution•Microglia express a conserved core program, including CNS ligand-receptors pairs•Human microglia show significant heterogeneity in comparison with all mammals•Identification of disease-associated microglia gene expression modules in humansSummaryMicroglia, the brain-resident immune cells, are critically involved in many physiological and pathological brain processes, including neurodegeneration. Here we characterize microglia morphology and transcriptional programs across ten species spanning more than 450 million years of evolution. We find that microglia express a conserved core gene program of orthologous genes from rodents to humans, including ligands and receptors associated with interactions between glia and neurons. In most species, microglia show a single dominant transcriptional state, whereas human microglia display significant heterogeneity. In addition, we observed notable differences in several gene modules of rodents compared with primate microglia, including complement, phagocytic, and susceptibility genes to neurodegeneration, such as Alzheimer's and Parkinson's disease. Our study provides an essential resource of conserved and divergent microglia pathways across evolution, with important implications for future development of microglia-based therapies in humans.Graphical abstract

Fingerprints are complex and individually unique patterns in the skin. Established prenatally, the molecular and cellular mechanisms that guide fingerprint ridge formation and their intricate arrangements are unknown. Here we show that fingerprint ridges are epithelial structures that undergo a truncated hair follicle developmental program and fail to recruit a mesenchymal condensate. Their spatial pattern is established by a Turing reaction-diffusion system, based on signaling between EDAR, WNT, and antagonistic BMP pathways. These signals resolve epithelial growth into bands of focalized proliferation under a precociously differentiated suprabasal layer. Ridge formation occurs as a set of waves spreading from variable initiation sites defined by the local signaling environments and anatomical intricacies of the digit, with the propagation and meeting of these waves determining the type of pattern that forms. Relying on a dynamic patterning system triggered at spatially distinct sites generates the characteristic types and unending variation of human fingerprint patterns.

The phosphatidylserine receptor, TIM4, encoded by TIMD4, mediates the phagocytic uptake of apoptotic cells. We applied anti-chicken TIM4 monoclonal antibodies, in combination with CSF1R reporter transgenes to dissect the function of TIM4 in chick (Gallus gallus). During development in ovo, TIM4 was present on the large majority of macrophages but expression became more heterogeneous post-hatch. Blood monocytes expressed KUL01, class II MHC and CSF1R-mApple uniformly. Around 50% of monocytes were positive for surface TIM4. They also expressed many other monocyte-specific transcripts at a higher level than TIM4- monocytes. In liver, highly-phagocytic TIM4hi cells shared many transcripts with mammalian Kupffer cells and were associated with uptake of apoptotic cells. Although they expressed CSF1R mRNA, Kupffer cells did not express the CSF1R-mApple transgene, suggesting that additional CSF1R transcriptional regulatory elements are required by these cells. By contrast, CSF1R-mApple was detected in liver TIM4lo and TIM4- cells which were not phagocytic and were more abundant than Kupffer cells. These cells expressed CSF1R, alongside high levels of FLT3, MHCII, XCR1 and other markers associated with conventional dendritic cells (cDC) in mice. In bursa, TIM4 was present on the cell surface of two populations. Like Kupffer cells, bursal TIM4hi phagocytes co-expressed many receptors involved in apoptotic cell recognition. TIM4lo cells appear to be a sub-population of bursal B cells. In overview, TIM4 is associated with phagocytes that eliminate apoptotic cells in the chick. In the liver, TIM4 and CSF1R reporters distinguished Kupffer cells from an abundant population of DC-like cells.

Abstract The chicken immune system and microbiota play vital roles in maintaining gut homeostasis and protecting against pathogens. In mammals, XCR1+ conventional dendritic cells (cDCs) are located in the gut-draining lymph nodes and play a major role in gut homeostasis. These cDCs sample antigens in the gut luminal contents and limit the inflammatory response to gut commensal microbes by generating appropriate regulatory and effector T-cell responses. We hypothesised that these cells play similar roles in sustaining gut homeostasis in chickens, and that chickens lacking XCR1 were likely to contain a dysbiotic caecal microbiota. Here we compare the caecal microbiota of chickens that were either heterozygous or homozygous XCR1 knockouts, that had or had not been vaccinated for infectious bronchitis virus (IBV). We used short-read (Illumina) and long-read (PacBio HiFi) metagenomic sequencing to reconstruct 670 high-quality, strain-level metagenome assembled genomes. We found no significant differences between alpha-diversity or the abundance of specific microbial taxa between genotypes. However, IBV vaccination was found to correlate with significant differences in the richness and beta-diversity of the microbiota, and to the abundance of forty bacterial genera. In conclusion, we found that a lack of XCR1 was not correlated with significant changes in the chicken microbiota, but IBV vaccination was. Data Summary The raw sequencing data for this project, as well as primary assemblies, putative genome bins and species-level MAGs, are available in the European Nucleotide Archive under project PRJEB64517. Strain-level MAGs are available through Edinburgh DataShare ( https://doi.org/10.7488/ds/7678 ). Impact statement Chickens play a vital role in global food systems, with 74 billion chickens killed for meat and 1.6 trillion chicken eggs produced in 2021 alone. The gut microbiota plays a vital role in the health and nutrition of the chicken, contributing to gut homeostasis and the production of nutrients that can be absorbed and used by the host bird. The chicken gut microbiota represents an excellent target to improve pathogen resistance and nutrition, as farmed chickens are not exposed to a maternal hen and thereby develop a low-diversity gut microbiota that negatively impacts their immune development and gut health. In order to develop such microbiota interventions, we first need to understand the fundamental biology behind immune-microbiota interactions. While it is well known that the chicken gut microbiota plays an important role in gut homeostasis, the mechanisms behind this phenomenon are poorly understood. In mammals, XCR1+ conventional dendritic cells have been shown to play a role in maintaining gut homeostasis. In this study we compare the gut microbiota of heterozygous and homozygous XCR1 knockout chickens that did or did not receive infectious bronchitis virus vaccination. We found that the gut microbiota of heterozygous and homozygous XCR1 knockout chickens did not differ significantly, but IBV vaccination did significantly correlate with differences in the microbiota composition.

Abstract In the avian host, comprehensively cataloging immune cell types, their transcriptome profiles, and varying molecular responses to pathogen challenges are necessary steps toward a better understanding of the interplay between genetics and disease resilience. We present a first nuclei atlas of immune cell types derived from the three main immune organs of layer chickens, including spleen, bursa, and thymus. In bursa we also present, an accounting of cell type activation with the bacterial toxin lipopolysaccharide (LPS). Our analysis includes 36,370 total nuclei and 16, 12, and 12 transcriptionally distinct clusters for spleen, bursa, and thymus, respectively. We discover nuclei molecular profiles that uniquely distinguish states of the transcriptome within cell type that could serve as new means to characterize avian immune subtypes. We further subcluster refined immune cell type classifications, specifically highlighting the transcriptomic diversity of B and T cell subtypes. In the bursa, inferred intercellular communication and signaling pathway enrichment analyses across immune and non-immune cell types demonstrate the unappreciated complexity of the B cell repertoire in a model mimicking systemic bacterial infection. This census of all cell types in both primary and one major secondary avian immune organ system, although preliminary, provides a first review of how nuclei transcribe numerous genes, known and unknown, a critical prerequisite for the study avian immunogenetics by cell type.