The identification of lymphocyte subsets with non-overlapping effector functions has been pivotal to the development of targeted therapies in immune-mediated inflammatory diseases (IMIDs)1,2. However, it remains unclear whether fibroblast subclasses with non-overlapping functions also exist and are responsible for the wide variety of tissue-driven processes observed in IMIDs, such as inflammation and damage3–5. Here we identify and describe the biology of distinct subsets of fibroblasts responsible for mediating either inflammation or tissue damage in arthritis. We show that deletion of fibroblast activation protein-α (FAPα)+ fibroblasts suppressed both inflammation and bone erosions in mouse models of resolving and persistent arthritis. Single-cell transcriptional analysis identified two distinct fibroblast subsets within the FAPα+ population: FAPα+THY1+ immune effector fibroblasts located in the synovial sub-lining, and FAPα+THY1− destructive fibroblasts restricted to the synovial lining layer. When adoptively transferred into the joint, FAPα+THY1− fibroblasts selectively mediate bone and cartilage damage with little effect on inflammation, whereas transfer of FAPα+ THY1+ fibroblasts resulted in a more severe and persistent inflammatory arthritis, with minimal effect on bone and cartilage. Our findings describing anatomically discrete, functionally distinct fibroblast subsets with non-overlapping functions have important implications for cell-based therapies aimed at modulating inflammation and tissue damage. Distinct subsets of fibroblasts, which differ in their expression of thymus cell antigen 1 (THY1), are responsible for inflammation and tissue damage in mouse models of arthritis.

Intestinal mesenchymal cells play essential roles in epithelial homeostasis, matrix remodeling, immunity, and inflammation. But the extent of heterogeneity within the colonic mesenchyme in these processes remains unknown. Using unbiased single-cell profiling of over 16,500 colonic mesenchymal cells, we reveal four subsets of fibroblasts expressing divergent transcriptional regulators and functional pathways, in addition to pericytes and myofibroblasts. We identified a niche population located in proximity to epithelial crypts expressing SOX6, F3 (CD142), and WNT genes essential for colonic epithelial stem cell function. In colitis, we observed dysregulation of this niche and emergence of an activated mesenchymal population. This subset expressed TNF superfamily member 14 (TNFSF14), fibroblastic reticular cell-associated genes, IL-33, and Lysyl oxidases. Further, it induced factors that impaired epithelial proliferation and maturation and contributed to oxidative stress and disease severity in vivo. Our work defines how the colonic mesenchyme remodels to fuel inflammation and barrier dysfunction in IBD.

Immune-regulatory mechanisms of drug-free remission in rheumatoid arthritis (RA) are unknown. We hypothesized that synovial tissue macrophages (STM), which persist in remission, contribute to joint homeostasis. We used single-cell transcriptomics to profile 32,000 STMs and identified phenotypic changes in patients with early/active RA, treatment-refractory/active RA and RA in sustained remission. Each clinical state was characterized by different frequencies of nine discrete phenotypic clusters within four distinct STM subpopulations with diverse homeostatic, regulatory and inflammatory functions. This cellular atlas, combined with deep-phenotypic, spatial and functional analyses of synovial biopsy fluorescent activated cell sorted STMs, revealed two STM subpopulations (MerTK

Gilean McVean and colleagues report the results of a large-scale clinical genome sequencing project spanning a broad spectrum of disorders. They identify factors influencing successful genetic diagnosis and highlight the challenges of interpreting findings for genetically heterogeneous disorders. To assess factors influencing the success of whole-genome sequencing for mainstream clinical diagnosis, we sequenced 217 individuals from 156 independent cases or families across a broad spectrum of disorders in whom previous screening had identified no pathogenic variants. We quantified the number of candidate variants identified using different strategies for variant calling, filtering, annotation and prioritization. We found that jointly calling variants across samples, filtering against both local and external databases, deploying multiple annotation tools and using familial transmission above biological plausibility contributed to accuracy. Overall, we identified disease-causing variants in 21% of cases, with the proportion increasing to 34% (23/68) for mendelian disorders and 57% (8/14) in family trios. We also discovered 32 potentially clinically actionable variants in 18 genes unrelated to the referral disorder, although only 4 were ultimately considered reportable. Our results demonstrate the value of genome sequencing for routine clinical diagnosis but also highlight many outstanding challenges.

Summary

 Treatment of severe COVID-19 is currently limited by clinical heterogeneity and incomplete description of specific immune biomarkers. We present here a comprehensive multi-omic blood atlas for patients with varying COVID-19 severity in an integrated comparison with influenza and sepsis patients versus healthy volunteers. We identify immune signatures and correlates of host response. Hallmarks of disease severity involved cells, their inflammatory mediators and networks, including progenitor cells and specific myeloid and lymphocyte subsets, features of the immune repertoire, acute phase response, metabolism, and coagulation. Persisting immune activation involving AP-1/p38MAPK was a specific feature of COVID-19. The plasma proteome enabled sub-phenotyping into patient clusters, predictive of severity and outcome. Systems-based integrative analyses including tensor and matrix decomposition of all modalities revealed feature groupings linked with severity and specificity compared to influenza and sepsis. Our approach and blood atlas will support future drug development, clinical trial design, and personalized medicine approaches for COVID-19.

Abstract The immunological synapse is a molecular hub that facilitates the delivery of three activation signals, namely antigen, costimulation/corepression and cytokines, from antigen-presenting cells (APC) to T cells. T cells release a fourth class of signaling entities, trans-synaptic vesicles (tSV), to mediate bidirectional communication. Here we present bead-supported lipid bilayers (BSLB) as versatile synthetic APCs to capture, characterize and advance the understanding of tSV biogenesis. Specifically, the integration of juxtacrine signals, such as CD40 and antigen, results in the adaptive tailoring and release of tSV, which differ in size, yields and immune receptor cargo compared with steadily released extracellular vesicles (EVs). Focusing on CD40L + tSV as model effectors, we show that PD-L1 trans-presentation together with TSG101, ADAM10 and CD81 are key in determining CD40L vesicular release. Lastly, we find greater RNA-binding protein and microRNA content in tSV compared with EVs, supporting the specialized role of tSV as intercellular messengers.

Abstract Current inflammatory bowel disease (IBD) therapies are ineffective in a high proportion of patients. Combining bulk and single-cell transcriptomics, quantitative histopathology, and in situ localisation, we describe heterogeneity of the tissular inflammatory response in IBD treatment failure. Among inflammatory pathotypes, we found high neutrophil infiltration, activation of fibroblasts, and vascular remodelling at sites of deep ulceration was a feature of non-response to several anti-inflammatory therapies. Activated fibroblasts in the ulcer bed display neutrophil chemoattractant properties that are IL-1R- but not TNF-dependent. The identification of distinct, localised, tissular pathotypes associated with treatment non-response will aid precision targeting of current therapeutics and provide a biological rationale for IL-1 signalling blockade in ulcerating disease.

ABSTRACT Fibrotic conditions are a significant global disease burden. While some therapies delay disease progression, none reverse fibrosis. To gain insights into how fibrosis might resolve, we developed a comparative single cell atlas of frozen shoulder capsule tissue; a chronic inflammatory fibrotic human disease that resolves spontaneously. We identified both a population of pro-inflammatory MERTK low CD48+ macrophages (Mφ) and a population of MERTK+LYVE1+MRC1+Mφ enriched for negative regulators of inflammation. Micro-cultures of patient-derived cells identified cell-matrix interactions between MERTK+Mφ and DKK3+ and POSTN+ fibroblasts, suggesting that matrix remodelling plays a role in the resolution of frozen shoulder. Cross-tissue analysis revealed a shared gene expression cassette between MERTK+Mφ in the shoulder capsule and a similar cell population enriched in synovial tissues from rheumatoid arthritis patients in disease remi ssion, supporting the concept that MERTK+Mφ provide a cellular basis for the resolution of inflammation and fibrosis. Single-cell transcriptomic profiling and spatial analysis of human foetal shoulder tissues identified MERTK+LYVE1+MRC1+Mφ and DKK3+ and POSTN+ fibroblast populations analogous to those identified in adult shoulder capsule, suggesting that the template to resolve fibrosis is established during development. Therapeutic enhancement of crosstalk between MerTK+Mφ and pro-resolving DKK3+ and POSTN+ fibroblasts could accelerate resolution of frozen shoulder and resolve persistent inflammatory fibrotic disease in other tissues.

ABSTRACT The T cell Immunological Synapse (IS) is a pivotal hub for the regulation of adaptive immunity by endowing the exchange of information between cells engaged in physical contacts. Beyond the integration of antigen (signal one), co-stimulation (signal two), and cytokines (signal three), the IS facilitates the delivery of T-cell effector assemblies including supramolecular attack particles (SMAPs) and extracellular vesicles (EVs). How these particulate outputs differ among T -cell subsets and how subcellular compartments and signals exchanged at the synapse contribute to their composition is not fully understood. Here we harnessed bead-supported lipid bilayers (BSLBs) as a tailorable and versatile technology for the study of synaptic particle biogenesis and composition in different T-cell subsets, including CART. These synthetic antigen-presenting cells (APCs) facilitated the characterisation of trans-synaptic vesicles (tSV) as a heterogeneous population of EVs comprising among others PM-derived synaptic ectosomes and CD63 + exosomes. We harnessed BSLB to unveil the factors influencing the vesicular release of CD40L, as a model effector, identifying CD40 trans presentation, T-cell activation, ESCRT upregulation/recruitment, antigen density/potency, co-repression by PD-1 ligands, and its processing by ADAM10 as major determinants. Further, BSLB made possible the comparison of microRNA (miR) species associated with tSV and steadily released EVs. Altogether, our data provide evidence for a higher specialisation of tSV which are enriched not only in effector immune receptors but also in miR and RNA-binding proteins. Considering the molecular uniqueness and functional complexity of the tSV output, which is also accompanied by SMAPs, we propose their classification as signal four. Graphical abstract Highlights Bead Supported Lipid Bilayers (BSLB) reconstituting antigen-presenting cells support synapse assembly by T cells and the release of effector particles. BSLB facilitate the dissection of the cellular machineries and synapse composition shaping the released tSV. tSV and their steadily released counterparts have a different composition. TSV show a higher enrichment of effectors including immune receptors, miR, RNA- and other nucleic acid-binding proteins, than EVs.

Abstract Germinal centre (GC) B cells undergo proliferation at very high rates in a hypoxic microenvironment, but the cellular processes driving this are incompletely understood. Here we show that the mitochondria of GC B cells are highly dynamic, with significantly upregulated transcription and translation rates associated with the activity of transcription factor mitochondrial A (TFAM). TFAM, whilst also necessary for normal B cell development, is required for entry of activated GC-precursor B cells into the germinal centre reaction, and deletion of Tfam significantly impairs GC formation, function, and output. Loss of TFAM in B cells compromises the actin cytoskeleton and impairs cellular motility of GC B cells in response to chemokine signalling, leading to their spatial disorganisation. We show that B cell lymphoma substantially increases mitochondrial translation, and deletion of Tfam in B cells is protective against the development of lymphoma in a c-Myc transgenic model. Finally, we show that pharmacologic inhibition of mitochondrial transcription and translation inhibits growth of GC-derived human lymphoma cells, and induces similar defects in the actin cytoskeleton.