Abstract B cells are key pathogenic drivers of chronic inflammation in rheumatoid arthritis (RA). There is limited understanding of the relationship between synovial B cell subsets and pathogenic antibody secreting cells (ASCs). This knowledge is crucial for the development of targeted therapies. Here, we combine flow cytometry of circulating B cells with single-cell RNA and paired repertoire sequencing of over 27,000 synovial B cells from patients with established RA. Twelve B cell clusters were identified including previously recognised subsets, and a novel cluster that strongly expressed heat shock proteins. All lineages identified by trajectory analysis contribute to the DN2 B cell population, which is the major precursor to synovial ASCs. This was further supported by B cell receptor (BCR) lineage analysis, which revealed clonal relationships between DN2 cells and ASCs. This study advances our understanding of B cells in RA and reveals the origin of pathogenic ASCs in the RA synovium.

Summary Adaptive Immune Receptor Repertoire Sequencing is a rapidly developing field that has advanced understanding of the role of the adaptive immune system in health and disease. Numerous tools have been developed to analyse the complex data produced by this technique but work to compare their accuracy and reliability has been limited. Thorough, systematic assessment of their performance is dependent on the ability to produce high quality simulated datasets with known ground truth. We have developed AIRRSHIP, a flexible and fast Python package that produces synthetic human B cell receptor sequences. AIRRSHIP uses a comprehensive set of reference data to replicate key mechanisms in the immunoglobulin recombination process, with a particular focus on junctional complexity. Repertoires generated by AIRRSHIP are highly similar to published data and all steps in the sequence generation process are recorded. These data can be used to not only determine the accuracy of repertoire analysis tools but can also, by tuning of the large number of user-controllable parameters, give insight into factors that contribute to inaccuracies in results. Availability and Implementation AIRRSHIP is implemented in Python. It is available via https://github.com/Cowanlab/airrship and on PyPI at https://pypi.org/project/airrship/ . Documentation can be found at https://airrship.readthedocs.io . Contact graeme.cowan@ed.ac.uk

Objectives: The success of B cell depletion therapy in rheumatoid arthritis (RA) therapy testifies to their importance in disease pathogenesis, but the precise B cells mediating this are unclear. For example, it is unknown if RA patients predominantly express a limited number of circulating clonally expanded populations of B cells with highly mutated B cell antigen receptors (BCRs) that would constitute a shared antigen driven response. Methods: To address this, we have undertaken the largest study to date utilising next generation sequencing (NGS), to identify the full length of the peripheral blood BCR sequences from the antigen-binding heavy chain. Between 25,000 to 200,000 BCR sequences per patient were analysed from 127 newly diagnosed RA patients, 16 heathy controls, 16 RA patients with established disease and 8 paired blood and synovial samples. This was complemented with B cell subset analysis from an additional 64 RA patients and 22 healthy controls. Results: RA patients expressed a significantly higher percentage of circulating poorly mutated polyclonal IgG+ve variable heavy (IgG-Vh) BCR sequences, both at the time of diagnosis and following treatment. These sequences resided predominantly within TNF-alpha secreting IgG+ve CD27-ve B cells, that were expanded in RA peripheral blood and enriched in the rheumatoid synovium. Surprisingly, peripheral and synovial B cell repertoires of RA patients are quite distinct, sharing very few IgG sequences. Conclusions: This is the first report to conclusively establish that a substantial component of the peripheral B cell repertoire in RA consists of polyclonal hypomutated IgG+ve BCRs that may play a critical role in driving an autoimmune mediated inflammation.

Preferred presentation type: Platform

Abstract CD4 + αβ T-cells are key mediators of the immune response to a first Plasmodium infection, undergoing extensive activation and splenic expansion during the acute phase of an infection. However, the clonality and clonal composition of this expansion has not previously been described. Using a comparative infection model, we sequenced the splenic CD4 + T-cell receptor repertoires generated over the time-course of a Plasmodium chabaudi infection. We show through repeat replicate experiments, single-cell RNA-seq, and analyses of independent RNA-seq data, that following a first infection – within a highly polyclonal expansion – T-effector repertoires are consistently dominated by TRBV3 gene usage. Clustering by sequence similarity, we find the same dominant clonal signature is expanded across replicates in the acute phase of an infection, revealing a conserved pathogen-specific T-cell response that is consistently a hallmark of a first infection, but not expanded upon re-challenge. Determining the host or parasite factors driving this conserved response may uncover novel immune targets for malaria therapeutic purposes.