Interferons interfere with lung repair Interferons (IFNs) are central to antiviral immunity. Viral recognition elicits IFN production, which in turn triggers the transcription of IFN-stimulated genes (ISGs), which engage in various antiviral functions. Type I IFNs (IFN-α and IFN-β) are widely expressed and can result in immunopathology during viral infections. By contrast, type III IFN (IFN-λ) responses are primarily restricted to mucosal surfaces and are thought to confer antiviral protection without driving damaging proinflammatory responses. Accordingly, IFN-λ has been proposed as a therapeutic in coronavirus disease 2019 (COVID-19) and other such viral respiratory diseases (see the Perspective by Grajales-Reyes and Colonna). Broggi et al. report that COVID-19 patient morbidity correlates with the high expression of type I and III IFNs in the lung. Furthermore, IFN-λ secreted by dendritic cells in the lungs of mice exposed to synthetic viral RNA causes damage to the lung epithelium, which increases susceptibility to lethal bacterial superinfections. Similarly, using a mouse model of influenza infection, Major et al. found that IFN signaling (especially IFN-λ) hampers lung repair by inducing p53 and inhibiting epithelial proliferation and differentiation. Complicating this picture, Hadjadj et al. observed that peripheral blood immune cells from severe and critical COVID-19 patients have diminished type I IFN and enhanced proinflammatory interleukin-6– and tumor necrosis factor-α–fueled responses. This suggests that in contrast to local production, systemic production of IFNs may be beneficial. The results of this trio of studies suggest that the location, timing, and duration of IFN exposure are critical parameters underlying the success or failure of therapeutics for viral respiratory infections. Science , this issue p. 706 , p. 712 , p. 718 ; see also p. 626

The genetics underlying severe COVID-19 The immune system is complex and involves many genes, including those that encode cytokines known as interferons (IFNs). Individuals that lack specific IFNs can be more susceptible to infectious diseases. Furthermore, the autoantibody system dampens IFN response to prevent damage from pathogen-induced inflammation. Two studies now examine the likelihood that genetics affects the risk of severe coronavirus disease 2019 (COVID-19) through components of this system (see the Perspective by Beck and Aksentijevich). Q. Zhang et al. used a candidate gene approach and identified patients with severe COVID-19 who have mutations in genes involved in the regulation of type I and III IFN immunity. They found enrichment of these genes in patients and conclude that genetics may determine the clinical course of the infection. Bastard et al. identified individuals with high titers of neutralizing autoantibodies against type I IFN-α2 and IFN-ω in about 10% of patients with severe COVID-19 pneumonia. These autoantibodies were not found either in infected people who were asymptomatic or had milder phenotype or in healthy individuals. Together, these studies identify a means by which individuals at highest risk of life-threatening COVID-19 can be identified. Science , this issue p. eabd4570 , p. eabd4585 ; see also p. 404

Adult tissue repair and regeneration require stem-progenitor cells that can self-renew and generate differentiated progeny. Skeletal muscle regenerative capacity relies on muscle satellite cells (MuSCs) and their interplay with different cell types within the niche. However, our understanding of skeletal muscle tissue cellular composition is limited. Here, using a combined approach of single-cell RNA sequencing and mass cytometry, we precisely mapped 10 different mononuclear cell types in adult mouse muscle. We also characterized gene signatures and determined key discriminating markers of each cell type. We identified two previously understudied cell populations in the interstitial compartment. One expresses the transcription factor scleraxis and generated tenocytes in vitro. The second expresses markers of smooth muscle and mesenchymal cells (SMMCs) and, while distinct from MuSCs, exhibited myogenic potential and promoted MuSC engraftment following transplantation. The blueprint presented here yields crucial insights into muscle-resident cell-type identities and can be exploited to study muscle diseases.

Abstract Sepsis is the leading cause of death in adult intensive care units. At present, sepsis diagnosis relies on non-specific clinical features. It could transform clinical care to have objective immune cell biomarkers that could predict sepsis diagnosis and guide treatment. For decades, neutrophil phenotypes have been studied in sepsis, but a diagnostic cell subset has yet to be identified. Here, high dimensional mass cytometry was used to reveal for the first time a specific neutrophil signature of sepsis severity that does not overlap with other inflammatory biomarkers, and that distinguishes patients with sepsis from those with non-infectious inflammatory syndrome. Unsupervised analysis of 42-dimesional mass cytometry data characterized previously unappreciated heterogeneity within the CD64 + immature neutrophils and revealed two new subsets distinguished by CD123 and PD-L1 expression. These immature neutrophils exhibited diminished activation and phagocytosis functions. The proportion of CD123-expressing neutrophils also correlated with clinical severity. Critically, this study showed that these two new neutrophil subsets were specific to sepsis and detectable by routine flow cytometry using seven markers. The demonstration here that a simple blood test distinguishes sepsis from other inflammatory conditions represents a key biological milestone that can be immediately translated into improvements in patient care. One Sentence Summary CD123 + and/or PD-L1 + immature and dysfunctional neutrophil subsets identified by mass cytometry, define an early human blood signature of sepsis

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.

Background. Uterus transplantation (UTx) is an emerging therapy for women with uterine infertility. However, critical questions remain with this procedure including the mechanisms involved in graft rejection. Methods. In this study, we analyzed the immune profile of ectocervical biopsies from 5 patients after UTx before and during their first episode of rejection using RNA sequencing, quantitative polymerase chain reaction, and imaging mass cytometry. Results. We identified 530 upregulated and 207 downregulated genes associated with graft rejection. Enrichment databases revealed abnormalities of skin-associated genes and the immune system, in particular activation of T and B lymphocytes, and macrophages. Imaging mass cytometry confirmed these observations; in cervical biopsies of 3 women, rejection was associated with the presence of B-cell structures linked to tertiary lymphoid structures, and 2 biopsies from 1 woman with severe rejection episodes and poor prognosis of graft function (repeated miscarriage and implantation failures) were associated with an accumulation of HLA-DR − macrophages, producing granzyme B at the surface of the epithelium. Conclusions. We showed that rejection of a UTx graft was associated with major alterations of immune markers including the involvement of tertiary lymphoid structures, the most organized of which may be a sign of chronic rejection, and with an increase in HLA-DR − macrophages expressing granzyme B in the case of grade 3 rejection episodes according Mölne’s classification. We identified potential emerging biomarkers to predict or diagnose graft rejection (Keratin 1 granzyme B, IL1β). These findings could lead to development of improved strategies for the identification, prevention, and/or treatment of uterus graft rejection.

Mice reconstituted with a human immune system and bearing human tumors represent a promising model for developing novel cancer immunotherapies. Here, we used mass cytometry and multi-parametric flow cytometry to characterize human leukocytes infiltrating a human breast cancer tumor model in immunocompromised NOD.SCID.gc-null mice reconstituted with a human immune system and compared it to samples of breast cancer patients. We observed highly activated human CD4+ and CD8+ T cells in the tumor, as well as minor subsets of innate immune cells in both settings. We also report that ICOS+ CD4+ regulatory T cells (Treg) were enriched in the tumor relative to the periphery in humanized mice and patients, providing a target to affect Treg and tumor growth. Indeed, administration of a neutralizing mAb to human ICOS reduced Treg proportions and numbers and improved CD4+ T cell proliferation in humanized mice. Moreover, a combination of the anti-ICOS mAb with cyclophosphamide reduced tumor growth, and that was associated with an improved CD8 to Treg ratio. However, depletion of human CD8+ T cells only marginally affected tumor control whereas depletion of murine myeloid cells abrogated the effect of the combination therapy. Altogether, our results indicate that a combination of anti-ICOS mAb and chemotherapy controls tumor growth in humanized mice and highlight the crucial implication of innate immunity in treatment efficacy, opening new perspectives for the treatment of breast cancer.