Several cell populations have been reported to possess intestinal stem cell (ISC) activity during homeostasis and injury-induced regeneration. Here, we explored inter-relationships between putative mouse ISC populations by comparative RNA-sequencing (RNA-seq). The transcriptomes of multiple cycling ISC populations closely resembled Lgr5+ ISCs, the most well-defined ISC pool, but Bmi1-GFP+ cells were distinct and enriched for enteroendocrine (EE) markers, including Prox1. Prox1-GFP+ cells exhibited sustained clonogenic growth in vitro, and lineage-tracing of Prox1+ cells revealed long-lived clones during homeostasis and after radiation-induced injury in vivo. Single-cell mRNA-seq revealed two subsets of Prox1-GFP+ cells, one of which resembled mature EE cells while the other displayed low-level EE gene expression but co-expressed tuft cell markers, Lgr5 and Ascl2, reminiscent of label-retaining secretory progenitors. Our data suggest that the EE lineage, including mature EE cells, comprises a reservoir of homeostatic and injury-inducible ISCs, extending our understanding of cellular plasticity and stemness.

Descriptions of insulitis in human islets throughout the natural history of type 1 diabetes are limited. We determined insulitis frequency (the percent of islets displaying insulitis to total islets), infiltrating leukocyte subtypes, and β-cell and α-cell mass in pancreata recovered from organ donors with type 1 diabetes (n = 80), as well as from donors without diabetes, both with islet autoantibodies (AAb+, n = 18) and without islet autoantibodies (AAb−, n = 61). Insulitis was observed in four of four donors (100%) with type 1 diabetes duration of ≤1 year and two AAb+ donors (2 of 18 donors, 11%). Insulitis frequency showed a significant but limited inverse correlation with diabetes duration (r = −0.58, P = 0.01) but not with age at disease onset. Residual β-cells were observed in all type 1 diabetes donors with insulitis, while β-cell area and mass were significantly higher in type 1 diabetes donors with insulitis compared with those without insulitis. Insulitis affected 33% of insulin+ islets compared with 2% of insulin− islets in donors with type 1 diabetes. A significant correlation was observed between insulitis frequency and CD45+, CD3+, CD4+, CD8+, and CD20+ cell numbers within the insulitis (r = 0.53–0.73, P = 0.004–0.04), but not CD68+ or CD11c+ cells. The presence of β-cells as well as insulitis several years after diagnosis in children and young adults suggests that the chronicity of islet autoimmunity extends well into the postdiagnosis period. This information should aid considerations of therapeutic strategies seeking type 1 diabetes prevention and reversal.

Analysis of T cells isolated from patients with and without type 1 diabetes reveals reactivity to a range of native as well as post-translationally modified self-antigens only in individuals with T1D. A major therapeutic goal for type 1 diabetes (T1D) is to induce autoantigen-specific tolerance of T cells. This could suppress autoimmunity in those at risk for the development of T1D, as well as in those with established disease who receive islet replacement or regeneration therapy. Because functional studies of human autoreactive T cell responses have been limited largely to peripheral blood–derived T cells1,2,3, it is unclear how representative the peripheral T cell repertoire is of T cells infiltrating the islets. Our knowledge of the insulitic T cell repertoire is derived from histological and immunohistochemical analyses of insulitis4,5,6,7,8, the identification of autoreactive CD8+ T cells in situ, in islets of human leukocyte antigen (HLA)-A2+ donors9 and isolation and identification of DQ8 and DQ2–DQ8 heterodimer–restricted, proinsulin-reactive CD4+ T cells grown from islets of a single donor with T1D10. Here we present an analysis of 50 of a total of 236 CD4+ and CD8+ T cell lines grown from individual handpicked islets or clones directly sorted from handpicked, dispersed islets from nine donors with T1D. Seventeen of these T cell lines and clones reacted to a broad range of studied native islet antigens and to post-translationally modified peptides. These studies demonstrate the existence of a variety of islet-infiltrating, islet-autoantigen reactive T cells in individuals with T1D, and these data have implications for the design of successful immunotherapies.

Human pancreatic beta cells may be complicit in their own demise in type 1 diabetes, but how this occurs remains unclear. One potentially contributing factor is hyperexpression of HLA class I antigens. This was first described approximately 30 years ago, but has never been fully characterised and was recently challenged as artefactual. Therefore, we investigated HLA class I expression at the protein and RNA levels in pancreases from three cohorts of patients with type 1 diabetes. The principal aims were to consider whether HLA class I hyperexpression is artefactual and, if not, to determine the factors driving it. Pancreas samples from type 1 diabetes patients with residual insulin-containing islets (n = 26) from the Network for Pancreatic Organ donors with Diabetes (nPOD), Diabetes Virus Detection study (DiViD) and UK recent-onset type 1 diabetes collections were immunostained for HLA class I isoforms, signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1), NLR family CARD domain containing 5 (NLRC5) and islet hormones. RNA was extracted from islets isolated by laser-capture microdissection from nPOD and DiViD samples and analysed using gene-expression arrays. Hyperexpression of HLA class I was observed in the insulin-containing islets of type 1 diabetes patients from all three tissue collections, and was confirmed at both the RNA and protein levels. The expression of β2-microglobulin (a second component required for the generation of functional HLA class I complexes) was also elevated. Both 'classical' HLA class I isoforms (i.e. HLA-ABC) as well as a 'non-classical' HLA molecule, HLA-F, were hyperexpressed in insulin-containing islets. This hyperexpression did not correlate with detectable upregulation of the transcriptional regulator NLRC5. However, it was strongly associated with increased STAT1 expression in all three cohorts. Islet hyperexpression of HLA class I molecules occurred in the insulin-containing islets of patients with recent-onset type 1 diabetes and was also detectable in many patients with disease duration of up to 11 years, declining thereafter. Islet cell HLA class I hyperexpression is not an artefact, but is a hallmark in the immunopathogenesis of type 1 diabetes. The response is closely associated with elevated expression of STAT1 and, together, these occur uniquely in patients with type 1 diabetes, thereby contributing to their selective susceptibility to autoimmune-mediated destruction.

The Network for Pancreatic Organ Donors with Diabetes (nPOD) has helped shape the contemporary understanding of type 1 diabetes (T1D) pathogenesis in humans through the procurement, distribution to scientists, and collaborative study of human pancreata and disease-related tissues from organ donors with T1D and islet autoantibody positivity. Since its inception in 2007, nPOD has collected tissues from 600 donors, and these resources have been distributed across 22 countries to more than 290 projects, resulting in nearly 350 publications. Research projects supported by nPOD span the breadth of diabetes research, including studies on T1D immunology and β-cell biology, and have uniquely unveiled abnormalities in other pancreatic cell types. In this article, we will detail the history and programmatic features of nPOD, as well as highlight key scientific findings from nPOD studies. We will present our view for the future of nPOD and discuss how the success of the program has established a precedent whereby knowledge gaps in biomedical research can be addressed through the study of human tissues.

Summary Coxsackievirus B (CVB) infection of pancreatic β cells is associated with β-cell autoimmunity. We investigated how CVB impacts human β cells and anti-CVB T-cell responses. β cells were efficiently infected by CVB in vitro , downregulated HLA Class I and presented few, selected HLA-bound viral peptides. Circulating CD8 + T cells from CVB-seropositive individuals recognized only a fraction of these peptides, and only another sub-fraction was targeted by effector/memory T cells that expressed the exhaustion marker PD-1. T cells recognizing a CVB epitope cross-reacted with the β-cell antigen GAD. Infected β cells, which formed filopodia to propagate infection, were more efficiently killed by CVB than by CVB-reactive T cells. Thus, our in-vitro and ex-vivo data highlight limited T-cell responses to CVB, supporting the rationale for CVB vaccination trials for type 1 diabetes prevention. CD8 + T cells recognizing structural and non-structural CVB epitopes provide biomarkers to differentially follow response to infection and vaccination.

Although many studies into the intestinal stem cell (ISC) niche have been carried out, they have focused on the role of a single cell type or molecular signal. However, no holistic comparisons of the predominant cell types and signals present within the intestinal mucosa have been conducted to date. We utilize bulk RNA sequencing to profile 20 different mucosal cell types covering four major cell categories: epithelial, stromal, endothelial and immune. We further examined the stromal signaling environment using scRNAseq to provide a more comprehensive view of the signaling microenvironment within the intestinal mucosa. We identified the primary signals for the major ISC regulatory pathways and their respective cellular sources. Our analysis suggests that a niche network exists, with no single cell type being responsible for ISC self-renewal, proliferation, or differentiation; rather, each cell type within the network carries out specific functions in a highly cooperative and coordinated manner.