Abstract Treg are critical regulators of immune homeostasis, and increasing evidence demonstrates that environment-driven Treg differentiation into effector (e)Treg is crucial for optimal functioning. However, human Treg programming under inflammatory conditions remains poorly understood. Here, we combine transcriptional and epigenetic profiling to identify the human eTreg core signature. Functional autoimmune inflammation-derived Treg display a unique transcriptional profile characterized by upregulation of both a core Treg (FOXP3, CTLA-4, TIGIT) and effector program (GITR, BLIMP-1, BATF). We identified a specific human eTreg signature that includes the vitamin D receptor (VDR) as predicted key-regulator in eTreg differentiation. H3K27ac/H3K4me1 occupancy revealed pronounced changes in the (super-)enhancer landscape, including enrichment of the binding motif for VDR and BATF. The observed Treg profile showed striking overlap with tumor-infiltrating Treg. Our data demonstrate that human inflammation-derived Treg acquire a specific eTreg profile guided by epigenetic changes. The core eTreg profile is conserved, and fine-tuned by environment-specific adaptations.

Objectives: Regulatory T cells (Tregs) are crucial for maintaining immune tolerance against the semi-allogeneic fetus during pregnancy. Since their functional profile at the human maternal-fetal interface is still elusive, we investigated the transcriptional profile and functional adaptation of human uterine Tregs (uTregs) during pregnancy. Methods: Blood and uterine biopsies from the placental bed (=maternal-fetal interface) and incision site (=control), were obtained from women with uneventful pregnancies undergoing primary Caesarean section. Tregs and CD4+ non-Tregs (Tconv) were isolated for transcriptomic profiling by Cel-Seq2. Results were validated on protein and single cell level by flow cytometry. Results: Placental bed uterine Tregs (uTregs) showed elevated expression of Treg signature markers compared to blood Tregs, including FOXP3, CTLA4 and TIGIT. The uTreg transcriptional profile was indicative of late-stage effector Treg differentiation and chronic activation with high expression of immune checkpoints GITR, TNFR2, OX-40, 4-1BB, genes associated with suppressive capacity (CTLA4, HAVCR2, IL10, IL2RA, LAYN, PDCD1), activation (HLA-DR, LRRC32), and transcription factors MAF, PRDM1, BATF, and VDR. uTregs mirrored uTconv Th1 polarization, and characteristics indicating tissue-residency, including high CD69, CCR1, and CXCR6. The particular transcriptional signature of placental bed uTregs overlapped strongly with the specialized profile of human tumor-infiltrating Tregs, and, remarkably, was more pronounced at the placental bed than uterine control site. Conclusion: uTregs at the maternal-fetal interface acquire a highly differentiated effector Treg profile similar to tumor-infiltrating Tregs, which is locally enriched compared to a distant uterine site. This introduces the novel concept of site-specific transcriptional adaptation of human Tregs within one organ.

Abstract How the local inflammatory environment regulates epigenetic changes in the context of autoimmune diseases remains unclear. Here we assessed the transcriptional and active enhancer profile of monocytes derived from the inflamed joints of Juvenile Idiopathic Arthritis (JIA) patients, a model well-suited for studying autoimmune diseases. RNA-sequencing analysis demonstrated that synovial-derived monocytes display an activated phenotype, characterized by increased expression of surface activation markers and multiple chemokines and cytokines. This increased expression is regulated on the epigenetic level, as ChIP-sequencing indicated increased H3K27 acetylation of genes upregulated in synovial monocytes. IFN signaling-associated genes are increased and epigenetically altered in synovial monocytes, suggesting a role for IFN in establishing the inflammatory phenotype. Treatment of human synovial monocytes with the Janus-associated kinase (JAK) inhibitor Ruxolitinib, which inhibits IFN signaling, transformed the activated enhancer landscape and reduced disease-associated gene expression, thereby inhibiting the inflammatory phenotype. Taken together, these data provide novel insight into epigenetic regulation of autoimmune disease-patient derived monocytes and suggest that altering the epigenetic profile can be a therapeutic approach for the treatment of autoimmune diseases.