While SARS-CoV-2 infection has pleiotropic and systemic effects in some patients, many others experience milder symptoms. We sought a holistic understanding of the severe/mild distinction in COVID-19 pathology, and its origins. We performed a whole-blood preserving single-cell analysis protocol to integrate contributions from all major cell types including neutrophils, monocytes, platelets, lymphocytes and the contents of serum. Patients with mild COVID-19 disease display a coordinated pattern of interferon-stimulated gene (ISG) expression across every cell population and these cells are systemically absent in patients with severe disease. Severe COVID-19 patients also paradoxically produce very high anti-SARS-CoV-2 antibody titers and have lower viral load as compared to mild disease. Examination of the serum from severe patients demonstrates that they uniquely produce antibodies with multiple patterns of specificity against interferon-stimulated cells and that those antibodies functionally block the production of the mild disease-associated ISG-expressing cells. Overzealous and auto-directed antibody responses pit the immune system against itself in many COVID-19 patients and this defines targets for immunotherapies to allow immune systems to provide viral defense.In severe COVID-19 patients, the immune system fails to generate cells that define mild disease; antibodies in their serum actively prevents the successful production of those cells.

Abstract Tissue repair responses in metazoans are highly coordinated by different cell types over space and time. However, comprehensive single-cell based characterization covering this coordination is lacking. Here, we captured transcriptional states of single cells over space and time during skin wound closure, revealing choreographed gene expression profiles. We identified shared and prominent space-time patterns of cellular and gene expression enrichment: which we call multicellular ‘movements’ and which spanned multiple cell types. We validated some of the discovered space-time movements using large volume imaging of cleared wounds and demonstrated the value of this analysis to predict gene products made by macrophages or fibroblasts, which activated gene programs in the opposite cell type. Finally, using two different tumor models, we tested the hypothesis that tumors are like ‘wounds that never heal’ finding conserved wound healing movements in the tumor space, wherein some movements were preferentially used in one tumor versus another. Graphical Abstract

Tumor-associated macrophages (TAMs) are frequently and simplistically categorized as immunosuppressive, and one molecule prominently used to highlight their so-called M2 state is the surface protein CD206. However, direct evidence of the impact of macrophages remains impaired by the lack of sufficiently penetrant and specific tools to manipulate them in vivo. We thus made a novel conditional CD206 knock-in mouse to specifically visualize and/or deplete these TAMs. Early depletion of CD206+ macrophages and monocytes (here, MonoMacs) strikingly led to an indirect loss of a key anti-tumor network of NK cells, conventional type I dendritic cells (cDC1) and CD8 T cells. Among myeloid cells, we found that the CD206+ TAMs are the primary producers of CXCL9, the well-established chemoattractant for CXCR3-expressing NK and CD8 T cells. In contrast, a population of stress-responsive TAMs (Hypoxic or Spp1+) and immature monocytes, which remain following depletion, expressed vastly diminished levels of CXCL9. We confirmed that the missing NK and CD8 T cells are the primary producers of the cDC1-attracting chemokine Xcl1 and cDC1 growth factor Flt3l. Consistent with the loss of this critical network, CD206+ TAM depletion decreased tumor control in mice. Likewise, in humans, the CD206+ MonoMac signature correlated robustly with stimulatory cDC1 signature genes. Together, these findings negate the classification of CD206+ macrophages as immunosuppressive and instead illuminate the role of this majority of TAMs in organizing a critical tumor-reactive archetype of immunity.