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.

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 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.

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). 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 damage. 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 FAP+ synovial cells suppressed both inflammation and bone erosions in murine models of resolving and persistent arthritis. Single cell transcriptional analysis identified two distinct fibroblast subsets: FAP+ THY1+ immune effector fibroblasts located in the synovial sub-lining, and FAP+ THY1- destructive fibroblasts restricted to the synovial lining. When adoptively transferred into the joint, FAP+ THY1- fibroblasts selectively mediate bone and cartilage damage with little effect on inflammation whereas transfer of FAP+ 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.

Thymic epithelial cells (TEC) guide selection of a T-cell repertoire that is reactive to pathogens but tolerant to self. While this process is known to involve the promiscuous expression of virtually the entire protein-coding gene repertoire by TEC, the extent to which these cells reproduce peripheral isoform structures is unknown. We performed a transcriptomic investigation of transcript structures and splicing factor expression in medullary TEC and 21 peripheral tissues. Our results indicate that TEC re-use a small number of peripheral splicing factors to recreate a limited subset of the peripheral splice isoform repertoire. We found, for example, that TEC lacked both neuronal micro-exons and the splicing factor, Srrm4, which promotes their inclusion. We demonstrate a functional role for the Rbfox splicing factors in promoting medullary TEC development and the alternative splicing of promiscuously expressed genes. Our findings have implications for understanding autoimmune diseases and the development of antigen-specific immunotherapies.