The majority of genetic variants associated with complex human autoimmune diseases reside in enhancers 1–3 , non-coding regulatory elements that control gene expression. In contrast with variants that directly alter protein-coding sequences, enhancer variants are predicted to tune gene expression modestly and function in specific cellular contexts 4 , suggesting that small alterations in the functions of key immune cell populations are sufficient to shape disease risk. Here we tested this concept by experimentally perturbing distinct enhancers governing the high affinity IL-2 receptor alpha chain (IL2RA; also known as CD25). IL2RA is an immune regulator that promotes the pro- and anti-inflammatory functions of conventional T cells (Tconvs) and regulatory T cells (Tregs), respectively, and non-coding genetic variants in IL2RA have been linked to multiple autoimmune disorders 4 . We previously tiled across the IL2RA locus using CRISPR-activation and identified a stimulation-responsive element (CaRE4) with an enhancer that modestly affects the kinetics of IL2RA expression in Tconvs 5 . This enhancer is conserved across species and harbors a common human SNP associated with protection from Type 1 Diabetes (T1D) 5,6 . We now identified an additional conserved enhancer, termed CaRE3 enhancer, which modestly affected steady state IL2RA expression in regulatory T cells (Tregs). Despite their seemingly subtle impact on gene expression, the CaRE3 and CaRE4 enhancers had pronounced yet divergent effects on the incidence of diabetes in autoimmune prone animals. Deletion of the conserved CaRE4 enhancer completely protected against autoimmune diabetes even in animals treated with an immunostimulating anti-PD1 checkpoint inhibitor, whereas deletion of the CaRE3 enhancer accelerated spontaneous disease progression. Quantitative multiplexed imaging of the pancreatic lymph nodes (panLNs) revealed that each enhancer deletion preferentially affected the protein expression levels of IL2RA in activated Tconvs or Tregs, reciprocally tuning local competition for IL-2 input signals. In animals lacking the CaRE4 enhancer, skewed IL-2 signaling favored Tregs, increasing their local density around activated Tconvs to strongly suppress emergence of autoimmune effectors. By contrast, in animals lacking the CaRE3 enhancer, IL-2 signals were skewed towards activated Tconvs, promoting their escape from Treg control. Collectively, this work illustrates how subtle changes in gene regulation due to non-coding variation can significantly alter disease progression and how distinct enhancers controlling the same gene can have opposing effects on disease outcomes through cell type-selective activity.

Cis-regulatory elements (CREs) interact with trans regulators to orchestrate gene expression, but how transcriptional regulation is coordinated in multi-gene loci has not been experimentally defined. We sought to characterize the CREs controlling dynamic expression of the adjacent costimulatory genes CD28, CTLA4 and ICOS, encoding regulators of T cell-mediated immunity. Tiling CRISPR interference (CRISPRi) screens in primary human T cells, both conventional and regulatory subsets, uncovered gene-, cell subset- and stimulation-specific CREs. Integration with CRISPR knockout screens and assay for transposase-accessible chromatin with sequencing (ATAC-seq) profiling identified trans regulators influencing chromatin states at specific CRISPRi-responsive elements to control costimulatory gene expression. We then discovered a critical CCCTC-binding factor (CTCF) boundary that reinforces CRE interaction with CTLA4 while also preventing promiscuous activation of CD28. By systematically mapping CREs and associated trans regulators directly in primary human T cell subsets, this work overcomes longstanding experimental limitations to decode context-dependent gene regulatory programs in a complex, multi-gene locus critical to immune homeostasis.

FOXP3 is a lineage-defining transcription factor that controls differentiation and maintenance of suppressive function of regulatory T cells (Tregs). Foxp3 is exclusively expressed in Tregs in mice. However, in humans, FOXP3 is not only constitutively expressed in Tregs; it is also transiently expressed in stimulated CD4+CD25-conventional T cells (Tconvs)

Genetic variants associated with human autoimmune diseases commonly map to non-coding control regions, particularly enhancers that function selectively in immune cells and fine-tune gene expression within a relatively narrow range of values. How such modest, cell-type-selective changes can meaningfully shape organismal disease risk remains unclear. To explore this issue, we experimentally manipulated species-conserved enhancers within the disease-associated IL2RA locus and studied accompanying changes in the progression of autoimmunity. Perturbing distinct enhancers with restricted activity in conventional T cells (Tconvs) or regulatory T cells (Tregs)—two functionally antagonistic T cell subsets—caused only modest, cell-type-selective decreases in IL2ra expression parameters. However, these same perturbations had striking and opposing effects in vivo , completely preventing or severely accelerating disease in a murine model of type 1 diabetes. Quantitative tissue imaging and computational modelling revealed that each enhancer manipulation impinged on distinct IL-2-dependent feedback circuits. These imbalances altered the intracellular signaling and intercellular communication dynamics of activated Tregs and Tconvs, producing opposing spatial domains that amplified or constrained ongoing autoimmune responses. These findings demonstrate how subtle changes in gene regulation stemming from non-coding variation can propagate across biological scales due to non-linearities in intra- and intercellular feedback circuitry, dramatically shaping disease risk at the organismal level.