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.

Circulating autoantibodies (auto-Abs) neutralizing high concentrations (10 ng/mL, in plasma diluted 1 to 10) of IFN-α and/or -ω are found in about 10% of patients with critical COVID-19 pneumonia, but not in subjects with asymptomatic infections. We detect auto-Abs neutralizing 100-fold lower, more physiological, concentrations of IFN-α and/or -ω (100 pg/mL, in 1/10 dilutions of plasma) in 13.6% of 3,595 patients with critical COVID-19, including 21% of 374 patients > 80 years, and 6.5% of 522 patients with severe COVID-19. These antibodies are also detected in 18% of the 1,124 deceased patients (aged 20 days-99 years; mean: 70 years). Moreover, another 1.3% of patients with critical COVID-19 and 0.9% of the deceased patients have auto-Abs neutralizing high concentrations of IFN-β. We also show, in a sample of 34,159 uninfected subjects from the general population, that auto-Abs neutralizing high concentrations of IFN-α and/or -ω are present in 0.18% of individuals between 18 and 69 years, 1.1% between 70 and 79 years, and 3.4% >80 years. Moreover, the proportion of subjects carrying auto-Abs neutralizing lower concentrations is greater in a subsample of 10,778 uninfected individuals: 1% of individuals <70 years, 2.3% between 70 and 80 years, and 6.3% >80 years. By contrast, auto-Abs neutralizing IFN-β do not become more frequent with age. Auto-Abs neutralizing type I IFNs predate SARS-CoV-2 infection and sharply increase in prevalence after the age of 70 years. They account for about 20% of both critical COVID-19 cases in the over-80s, and total fatal COVID-19 cases.

Binding levels and neutralization activity of anti-type 1 interferon autoantibodies peaked during acute coronavirus disease 2019 and markedly decreased thereafter. Most patients maintained some ability to neutralize type 1 interferon into convalescence despite lower levels of binding immunoglobulin G. Identifying these autoantibodies in healthy individuals before the development of critical viral disease may be challenging.

Abstract Patients with autoimmune polyendocrinopathy syndrome type 1 (APS-1) caused by autosomal recessive AIRE deficiency produce autoantibodies that neutralize type I interferons (IFNs) 1,2 , conferring a predisposition to life-threatening COVID-19 pneumonia 3 . Here we report that patients with autosomal recessive NIK or RELB deficiency, or a specific type of autosomal-dominant NF-κB2 deficiency, also have neutralizing autoantibodies against type I IFNs and are at higher risk of getting life-threatening COVID-19 pneumonia. In patients with autosomal-dominant NF-κB2 deficiency, these autoantibodies are found only in individuals who are heterozygous for variants associated with both transcription (p52 activity) loss of function (LOF) due to impaired p100 processing to generate p52, and regulatory (IκBδ activity) gain of function (GOF) due to the accumulation of unprocessed p100, therefore increasing the inhibitory activity of IκBδ (hereafter, p52 LOF /IκBδ GOF ). By contrast, neutralizing autoantibodies against type I IFNs are not found in individuals who are heterozygous for NFKB2 variants causing haploinsufficiency of p100 and p52 (hereafter, p52 LOF /IκBδ LOF ) or gain-of-function of p52 (hereafter, p52 GOF /IκBδ LOF ). In contrast to patients with APS-1, patients with disorders of NIK, RELB or NF-κB2 have very few tissue-specific autoantibodies. However, their thymuses have an abnormal structure, with few AIRE-expressing medullary thymic epithelial cells. Human inborn errors of the alternative NF-κB pathway impair the development of AIRE-expressing medullary thymic epithelial cells, thereby underlying the production of autoantibodies against type I IFNs and predisposition to viral diseases.

ABSTRACT Recombination-activating genes ( RAG1 and RAG2 ) are critical in lymphoid cell development and function for initiating the V(D)J-recombination process to generate polyclonal lymphocytes with broad antigen-specificity. Clinical manifestations of defective RAG1/2 genes range from immune dysregulation to severe combined immunodeficiencies (SCID), causing life-threatening infections and death early in life in the absence of hematopoietic cell transplantation (HCT). Haploidentical HCT without myeloablative conditioning carries a high risk of graft failure and incomplete immune reconstitution. The RAG complex is only expressed during the G0-G1 phases of the cell cycle at the early stages of T and B cell development, underscoring that a direct gene correction would capture the precise temporal expression of the endogenous gene, is a promising therapeutic approach for RAG1/2 -deficiencies. Here, we report a feasibility study using the CRISPR/Cas9-based “universal gene-correction” approach for the RAG2 locus in human hematopoietic stem/progenitor cells (HSPCs) in healthy donors and one RAG2 -SCID patient. V(D)J recombinase activity was restored following gene correction of RAG2 -SCID-derived HSPCs, resulting in the development of TCR αβ and γδ CD3 + cells and single-positive CD4 + and CD8 + lymphocytes. TCR repertoire analysis indicated a normal distribution of the CDR3 length and preserved usage of distal TRAV genes. We confirmed in vivo rescue of B-cell development, with normal IgM surface expression and a significant decrease in CD56 bright NK cells. Together, we provide specificity, toxicity, and efficacy data supporting the development of a gene-correction therapy to benefit all RAG2 -deficient patients. KEY POINTS Human hematopoietic stem cells can be corrected to restore endogenous RAG2 gene expression while preserving durable engraftment potential. Gene-corrected RAG2 locus restores V(D)J recombination in RAG2 -SCID patient stem cells, promoting T and B-cells’ receptor formation.

Phage Immunoprecipitation-Sequencing (PhIP-Seq) allows for unbiased, proteome-wide autoantibody discovery across a variety of disease settings, with identification of disease-specific autoantigens providing new insight into previously poorly understood forms of immune dysregulation. Despite several successful implementations of PhIP-Seq for autoantigen discovery, including our previous work (Vazquez et al. 2020), current protocols are inherently difficult to scale to accommodate large cohorts of cases and importantly, healthy controls. Here, we develop and validate a high throughput extension of PhIP-seq in various etiologies of autoimmune and inflammatory diseases, including APS1, IPEX, RAG1/2 deficiency, Kawasaki Disease (KD), Multisystem Inflammatory Syndrome in Children (MIS-C), and finally, mild and severe forms of COVID19. We demonstrate that these scaled datasets enable machine-learning approaches that result in robust prediction of disease status, as well as the ability to detect both known and novel autoantigens, such as PDYN in APS1 patients, and intestinally expressed proteins BEST4 and BTNL8 in IPEX patients. Remarkably, BEST4 antibodies were also found in 2 patients with RAG1/2 deficiency, one of whom had very early onset IBD. Scaled PhIP-Seq examination of both MIS-C and KD demonstrated rare, overlapping antigens, including CGNL1, as well as several strongly enriched putative pneumonia-associated antigens in severe COVID19, including the endosomal protein EEA1. Together, scaled PhIP-Seq provides a valuable tool for broadly assessing both rare and common autoantigen overlap between autoimmune diseases of varying origins and etiologies.