Tregs are crucial for immune regulation, and environment-driven adaptation of effector (e)Tregs is essential for local functioning. However, the extent of human Treg heterogeneity in inflammatory settings is unclear.We combined single-cell RNA- and TCR-sequencing on Tregs derived from three to six patients with juvenile idiopathic arthritis (JIA) to investigate the functional heterogeneity of human synovial fluid (SF)-derived Tregs from inflamed joints. Confirmation and suppressive function of the identified Treg clusters was assessed by flow cytometry.Four Treg clusters were identified; incoming, activated eTregs with either a dominant suppressive or cytotoxic profile, and GPR56+CD161+CXCL13+ Tregs. Pseudotime analysis showed differentiation towards either classical eTreg profiles or GPR56+CD161+CXCL13+ Tregs supported by TCR data. Despite its most differentiated phenotype, GPR56+CD161+CXCL13+ Tregs were shown to be suppressive. Furthermore, BATF was identified as an overarching eTreg regulator, with the novel Treg-associated regulon BHLHE40 driving differentiation towards GPR56+CD161+CXCL13+ Tregs, and JAZF1 towards classical eTregs.Our study reveals a heterogeneous population of Tregs at the site of inflammation in JIA. SF Treg differentiate to a classical eTreg profile with a more dominant suppressive or cytotoxic profile that share a similar TCR repertoire, or towards GPR56+CD161+CXCL13+ Tregs with a more distinct TCR repertoire. Genes characterising GPR56+CD161+CXCL13+ Tregs were also mirrored in other T-cell subsets in both the tumor and the autoimmune setting. Finally, the identified key regulators driving SF Treg adaptation may be interesting targets for autoimmunity or tumor interventions.

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.

Abstract Objective Tregs are crucial for immune regulation, and environment-driven adaptation of effector (e)Tregs is essential for local functioning. However, the extent of human Treg heterogeneity in inflammatory settings is unclear. Methods We combined single-cell RNA- and TCR-sequencing on Tregs derived from 4-6 patients with juvenile idiopathic arthritis (JIA) to investigate the functional heterogeneity of human synovial fluid (SF)-derived Tregs from inflamed joints. Confirmation and suppressive function of the identified Treg clusters was assessed by flow cytometry. Results Four Treg clusters were identified; incoming, activated eTregs with either a dominant suppressive or cytotoxic profile, and GPR56 + CD161 + CXCL13 + Tregs. Pseudotime analysis showed differentiation towards either classical eTreg profiles or GPR56 + CD161 + CXCL13 + Tregs supported by TCR data. Despite its most differentiated phenotype GPR56 + CD161 + CXCL13 + Tregs were shown to be suppressive. Furthermore, BATF was identified as an overarching eTreg regulator, with the novel Treg-associated regulon BHLHE40 driving differentiation towards GPR56 + CD161 + CXCL13 + Tregs, and JAZF1 towards classical eTregs. Conclusion Our study reveals a heterogeneous population of Tregs at the site of inflammation in JIA. SF Treg differentiate to a classical eTreg profile with a more dominant suppressive or cytotoxic profile that share a similar TCR repertoire, or towards GPR56 + CD161 + CXCL13 + Tregs with a more distinct TCR repertoire. Genes characterizing GPR56 + CD161 + CXCL13 + Tregs were also mirrored in other T-cell subsets in both the tumor and autoimmune setting. Finally, the identified key regulators driving SF Treg adaptation may be interesting targets for autoimmunity or tumor interventions.

Abstract Atopic dermatitis (AD) is characterized by dysregulated T cell immunity and skin microbiome dysbiosis with predominance of Staphylococcus aureus ( S. aureus ). Emerging evidence suggests a role for S. aureus in exacerbating AD skin inflammation. We have previously shown that specific glycosylation of S. aureus cell wall structures amplifies skin inflammation through interaction with Langerhans cells (LCs). However, the role of LCs in AD remains poorly characterized. Here, we performed single cell RNA-sequencing of primary epidermal LCs and dermal T cells isolated from skin biopsies of AD patients and healthy controls, alongside specific glycoanalysis of S. aureus strains isolated from the AD lesions. Our findings reveal four LC subpopulations, including two steady-state clusters (LC1 and LC1 H ) and two pro-inflammatory/matured subsets (LC2 and migratory LCs). The latter two subsets were enriched in AD skin. AD LCs showed enhanced expression of C-type lectin receptors, the high-affinity IgE receptor (FcεR1), and activation of prostaglandin and leukotrienes biosynthesis pathways, as well as upregulated transcriptional signatures related to T cell activation pathways and increased expression of CCL17 (specifically LC2) compared to healthy LCs. Correspondingly, T helper 2 and regulatory T cell populations were increased in AD lesions. Our study provides proof-of-concept for a role of LCs in connecting the S. aureus -T cell axis in the AD inflammatory cycle.