Interindividual clinical variability in the course of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection is vast. We report that at least 101 of 987 patients with life-threatening coronavirus disease 2019 (COVID-19) pneumonia had neutralizing immunoglobulin G (IgG) autoantibodies (auto-Abs) against interferon-ω (IFN-ω) (13 patients), against the 13 types of IFN-α (36), or against both (52) at the onset of critical disease; a few also had auto-Abs against the other three type I IFNs. The auto-Abs neutralize the ability of the corresponding type I IFNs to block SARS-CoV-2 infection in vitro. These auto-Abs were not found in 663 individuals with asymptomatic or mild SARS-CoV-2 infection and were present in only 4 of 1227 healthy individuals. Patients with auto-Abs were aged 25 to 87 years and 95 of the 101 were men. A B cell autoimmune phenocopy of inborn errors of type I IFN immunity accounts for life-threatening COVID-19 pneumonia in at least 2.6% of women and 12.5% of men.

Monocytes are effectors of the inflammatory response to microbes. Human CD14+ monocytes specialize in phagocytosis and production of reactive oxygen species and secrete inflammatory cytokines in response to a broad range of microbial cues. Here, we have characterized the functions of human monocytes that lack CD14 (CD14dim) and express CD16. CD14dim monocytes were genetically distinct from natural killer cells. Gene expression analyses indicated similarities with murine patrolling Gr1dim monocytes, and they patrolled the endothelium of blood vessels after adoptive transfer, in a lymphocyte function-associated antigen-1-dependent manner. CD14dim monocytes were weak phagocytes and did not produce ROS or cytokines in response to cell-surface Toll-like receptors. Instead, they selectively produced TNF-α, IL-1β, and CCL3 in response to viruses and immune complexes containing nucleic acids, via a proinflammatory TLR7-TLR 8-MyD88-MEK pathway. Thus, CD14dim cells are bona fide monocytes involved in the innate local surveillance of tissues and the pathogenesis of autoimmune diseases.

Some Toll and Toll-like receptors (TLRs) provide immunity to experimental infections in animal models, but their contribution to host defense in natural ecosystems is unknown. We report a dominant-negative TLR3 allele in otherwise healthy children with herpes simplex virus 1 (HSV-1) encephalitis. TLR3 is expressed in the central nervous system (CNS), where it is required to control HSV-1, which spreads from the epithelium to the CNS via cranial nerves. TLR3 is also expressed in epithelial and dendritic cells, which apparently use TLR3-independent pathways to prevent further dissemination of HSV-1 and to provide resistance to other pathogens in TLR3-deficient patients. Human TLR3 appears to be redundant in host defense to most microbes but is vital for natural immunity to HSV-1 in the CNS, which suggests that neurotropic viruses have contributed to the evolutionary maintenance of TLR3.

Herpes simplex virus-1 (HSV-1) encephalitis (HSE) is the most common form of sporadic viral encephalitis in western countries. Its pathogenesis remains unclear, as it affects otherwise healthy patients and only a small minority of HSV-1–infected individuals. Here, we elucidate a genetic etiology for HSE in two children with autosomal recessive deficiency in the intracellular protein UNC-93B, resulting in impaired cellular interferon-α/β and -λ antiviral responses. HSE can result from a single-gene immunodeficiency that does not compromise immunity to most pathogens, unlike most known primary immunodeficiencies. Other severe infectious diseases may also reflect monogenic disorders of immunity.

ISG15 deficiency in humans leads to a failure to maintain adequate levels of USP18, triggering an increase in type I interferon production and signalling, and promoting auto-inflammatory disease. Xianqin Zhang et al. show that intracellular ISG15, an interferon-stimulated ubiquitin-like molecule, functions as negative regulator of type I interferon. ISG15 deficiency in humans leads to a failure to maintain adequate levels of USP18, triggering an increase in type I interferon production and signalling, and promoting auto-inflammatory disease. This work suggests that the primary role for ISG15 in humans is not antiviral — a possibility much studied in the past — but is to prevent IFN-α/β-dependent auto-inflammation. Intracellular ISG15 is an interferon (IFN)-α/β-inducible ubiquitin-like modifier which can covalently bind other proteins in a process called ISGylation; it is an effector of IFN-α/β-dependent antiviral immunity in mice1,2,3,4. We previously published a study describing humans with inherited ISG15 deficiency but without unusually severe viral diseases5. We showed that these patients were prone to mycobacterial disease and that human ISG15 was non-redundant as an extracellular IFN-γ-inducing molecule. We show here that ISG15-deficient patients also display unanticipated cellular, immunological and clinical signs of enhanced IFN-α/β immunity, reminiscent of the Mendelian autoinflammatory interferonopathies Aicardi–Goutières syndrome and spondyloenchondrodysplasia6,7,8,9. We further show that an absence of intracellular ISG15 in the patients’ cells prevents the accumulation of USP1810,11, a potent negative regulator of IFN-α/β signalling, resulting in the enhancement and amplification of IFN-α/β responses. Human ISG15, therefore, is not only redundant for antiviral immunity, but is a key negative regulator of IFN-α/β immunity. In humans, intracellular ISG15 is IFN-α/β-inducible not to serve as a substrate for ISGylation-dependent antiviral immunity, but to ensure USP18-dependent regulation of IFN-α/β and prevention of IFN-α/β-dependent autoinflammation.

A genetic cause for severe influenza Although chicken soup and plenty of rest get most kids through an influenza virus infection, some require hospitalization. Ciancanelli et al. report on one child who suffered severely from influenza because of null mutations in the gene for transcription factor IRF7. Cells isolated from this patient could not make enough secreted antiviral proteins, called interferons, to halt viral replication. The requirement for IRF7 seems quite specific, because this patient recovers normally from other common childhood viral infections. Science , this issue p. 448

Human interleukin (IL) 1 receptor–associated kinase 4 (IRAK-4) deficiency is a recently discovered primary immunodeficiency that impairs Toll/IL-1R immunity, except for the Toll-like receptor (TLR) 3– and TLR4–interferon (IFN)-a/b pathways. The clinical and immunological phenotype remains largely unknown. We diagnosed up to 28 patients with IRAK-4 deficiency, tested blood TLR responses for individual leukocyte subsets, and TLR responses for multiple cytokines. The patients' peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) did not induce the 11 non-IFN cytokines tested upon activation with TLR agonists other than the nonspecific TLR3 agonist poly(I:C). The patients' individual cell subsets from both myeloid (granulocytes, monocytes, monocyte-derived dendritic cells [MDDCs], myeloid DCs [MDCs], and plasmacytoid DCs) and lymphoid (B, T, and NK cells) lineages did not respond to the TLR agonists that stimulated control cells, with the exception of residual responses to poly(I:C) and lipopolysaccharide in MDCs and MDDCs. Most patients (22 out of 28; 79%) suffered from invasive pneumococcal disease, which was often recurrent (13 out of 22; 59%). Other infections were rare, with the exception of severe staphylococcal disease (9 out of 28; 32%). Almost half of the patients died (12 out of 28; 43%). No death and no invasive infection occurred in patients older than 8 and 14 yr, respectively. The IRAK-4–dependent TLRs and IL-1Rs are therefore vital for childhood immunity to pyogenic bacteria, particularly Streptococcus pneumoniae. Conversely, IRAK-4–dependent human TLRs appear to play a redundant role in protective immunity to most infections, at most limited to childhood immunity to some pyogenic bacteria.

Abstract Several studies have analyzed antiviral immune pathways in late-stage severe COVID-19. However, the initial steps of SARS-CoV-2 antiviral immunity are poorly understood. Here, we have isolated primary SARS-CoV-2 viral strains, and studied their interaction with human plasmacytoid pre-dendritic cells (pDC), a key player in antiviral immunity. We show that pDC are not productively infected by SARS-CoV-2. However, they efficiently diversified into activated P1-, P2-, and P3-pDC effector subsets in response to viral stimulation. They expressed CD80, CD86, CCR7, and OX40 ligand at levels similar to influenza virus-induced activation. They rapidly produced high levels of interferon-α, interferon-λ1, IL-6, IP-10, and IL-8. All major aspects of SARS-CoV-2-induced pDC activation were inhibited by hydroxychloroquine. Mechanistically, SARS-CoV-2-induced pDC activation critically depended on IRAK4 and UNC93B1, as established using pDC from genetically deficient patients. Overall, our data indicate that human pDC are efficiently activated by SARS-CoV-2 particles and may thus contribute to type I IFN-dependent immunity against SARS-CoV-2 infection.

ABSTRACT Ancient genomics can directly detect human genetic adaptation to environmental cues. However, it remains unclear how pathogens have exerted selective pressures on human genome diversity across different epochs and affected present-day inflammatory disease risk. Here, we use an ancestry-aware approximate Bayesian computation framework to estimate the nature, strength, and time of onset of selection acting on 2,879 ancient and modern European genomes from the last 10,000 years. We found that the bulk of genetic adaptation occurred after the start of the Bronze Age, <4,500 years ago, and was enriched in genes relating to host-pathogen interactions. Furthermore, we detected directional selection acting on specific leukocytic lineages and experimentally demonstrated that the strongest negatively selected immunity gene variant — the lipopolysaccharide-binding protein gene ( LBP ) D283G — is hypomorphic. Finally, our analyses suggest that the risk of inflammatory disorders has progressively increased in post-Neolithic Europeans, partly due to antagonistic pleiotropy following genetic adaptation to pathogens.

Abstract SARS-CoV-2 infection in children is generally milder than in adults, yet a proportion of cases result in hyperinflammatory conditions often including myocarditis. To better understand these cases, we applied a multi-parametric approach to the study of blood cells of 56 children hospitalized with suspicion of SARS-CoV-2 infection. The most severe forms of MIS-C (multisystem inflammatory syndrome in children related to SARS-CoV-2), that resulted in myocarditis, were characterized by elevated levels of pro-angiogenesis cytokines and several chemokines. Single-cell transcriptomic analyses identified a unique monocyte/dendritic cell gene signature that correlated with the occurrence of severe myocarditis, characterized by sustained NF-κB activity, TNF-α signaling, associated with decreased gene expression of NF-κB inhibitors. We also found a weak response to type-I and type-II interferons, hyperinflammation and response to oxidative stress related to increased HIF-1α and VEGF signaling. These results provide potential for a better understanding of disease pathophysiology.