Abstract The human skin confers biophysical and immunological protection through a complex cellular network that is established early in development. We profiled ~500,000 single cells using RNA-sequencing from healthy adult and developing skin, and skin from patients with atopic dermatitis and psoriasis. Our findings reveal a predominance of innate lymphoid cells and macrophages in developing skin in contrast to T cells and migratory dendritic cells in adult skin. We demonstrate dual keratinocyte differentiation trajectories and activated cellular circuits comprising vascular endothelial cells mediating immune cell trafficking, disease-specific clonally expanded IL13/IL22 and IL17A/F -expressing lymphocytes, epidermal IL23 -expressing dendritic cells and inflammatory keratinocytes in disease. Our findings provide key insights into the dynamic cellular landscape of human skin in health and disease. One Sentence Summary Single cell atlas of human skin reveals cell circuits which are quantitatively and qualitatively reconfigured in inflammatory skin disease.

Abstract Myelopoiesis is invariably present, and contributes to pathology, in animal models of graft versus host disease (GVHD). In humans, a rich inflammatory infiltrate bearing macrophage markers has also been described in histological studies. In order to determine the origin, functional properties and role in pathogenesis of these cells, we isolated single cell suspensions from acute cutaneous GVHD and subjected them to genotype, transcriptome and in vitro functional analysis. A donor-derived population of CD11c+CD14+ cells was the dominant population of all leukocytes in GVHD. Surface phenotype and nanostring gene expression profiling indicated the closest steady-state counterpart of these cells to be monocyte-derived macrophages. In GVHD, however, there was upregulation of monocyte antigens SIRPα and S100A8/9, and transcripts associated with leukocyte trafficking, pattern recognition, antigen presentation, and co-stimulation. Isolated GVHD macrophages stimulated greater proliferation and activation of allogeneic T cells, and secreted higher levels of inflammatory cytokines than their steady-state counterparts. In HLA-matched mixed leukocyte reactions, we also observed differentiation of activated macrophages with a similar phenotype. These exhibited cytopathicity to a cell line and mediated pathological damage to skin explants, independently of T cells. Together, these results define the origin, functional properties and potential pathogenic roles of human GVHD macrophages.

Mesenchymal stromal cells (MSCs) are a promising source of therapeutic extracellular vesicles (EVs), however it is not clear how heterogeneity within a non-clonal MSC population will affect the collective EV pool. Here we used immortalised clonal MSC lines, termed Y201 and Y202, to examine how MSC phenotype influences EV character and function. Although morphologically similar, Y201 EVs were more abundant in EV biomarkers versus Y202 EVs, with an enhanced miRNA and proteomic content, predicted to contribute to an elaborate EV corona particularly abundant in RGD-containing proteins fibronectin and MFG-E8. We demonstrated that Y201 EVs, but not Y202 EVs, significantly increased the proliferation of articular chondrocytes and that the proliferative effect was mediated at least in part via an RGD (integrin)-FAK-ERK1/2 axis. Both Y201 and Y202 EV subsets significantly reduced proliferative index scores of activated T cells. However, only Y201 EVs, not Y202 EVs, suppressed disease activity compared to controls in different in vivo models of inflammatory peritonitis and arthritis. EVs released by closely related MSC subtypes within the same heterogeneous population differ significantly in terms of cargo abundance, bioactivity, and pre-clinical in vivo efficacy. Analysis of defined EV subsets will aid mechanistic understanding and prioritisation for EV therapeutics.

Abstract Mesenchymal stromal cell (MSC) heterogeneity clouds biological understanding and hampers their clinical development. In MSC cultures most commonly used in research and therapy, we have identified an MSC subtype characterised by CD317 expression (CD317 pos (29.77±3.00% of the total MSC population), comprising CD317 dim (28.10±4.60%) and CD317 bright (1.67±0.58%) MSCs) and a constitutive interferon signature linked to human disease. We demonstrate that CD317 pos MSCs induced cutaneous tissue damage when applied a skin explant model of inflammation, whereas CD317 neg MSCs had no effect. Only CD317 neg MSCs were able to suppress proliferative cycles of activated human T cells in vitro , whilst CD317 pos MSCs increased polarisation towards pro-inflammatory Th1 cells and CD317 neg cell lines did not. Using an in vivo peritonitis model, we found that CD317 neg and CD317 pos MSCs suppressed leukocyte recruitment but only CD317 neg MSCs suppressed macrophage numbers. Using MSC-loaded scaffolds implanted subcutaneously in immunocompromised mice we were able to observe tissue generation and blood vessel formation with CD317 neg MSC lines, but not CD317 pos MSC lines. Our evidence is consistent with the identification of an immune stromal cell, which is likely to contribute to specific physiological and pathological functions and influence clinical outcome of therapeutic MSCs.