Abstract Adult hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) respond directly to inflammation and infection, resulting in both acute and persistent changes to quiescence, mobilization, and differentiation. Here we show that fetal HSPCs respond to prenatal inflammation in utero , and that the fetal response shapes postnatal hematopoiesis and immunity. Heterogenous fetal HSPCs showed divergent responses to maternal immune activation (MIA), including changes in quiescence, expansion, and lineage-biased output. Single cell transcriptomic analysis of fetal HSPCs in response to MIA revealed specific upregulation of inflammatory gene profiles in discrete, transient HSC populations, that propagated expansion of lymphoid-biased progenitors. Beyond fetal development, MIA caused the inappropriate expansion and persistence of fetal lymphoid-biased progenitors postnatally, concomitant with increased cellularity and hyperresponsiveness of fetal-derived innate-like lymphocytes. Our investigation demonstrates how inflammation in utero can direct the trajectory of output and function of fetal-derived immune cells by reshaping fetal HSC establishment.

Abstract Allergic asthma is a chronic respiratory disease that initiates in early life, but causal mechanisms are poorly understood. Here we examined how prenatal inflammation shapes allergic asthma susceptibility by reprogramming lung immunity from early development. Induction of Type I interferon-mediated inflammation during development provoked expansion and hyperactivation of group 2 innate lymphoid cells (ILC2s) seeding the developing lung. Hyperactivated ILC2s produced increased IL-5 and IL-13, and were associated with acute Th2 bias, eosinophilia, and decreased Tregs in the lung. The hyperactive ILC2 phenotype was recapitulated by adoptive transfer of a fetal liver precursor following exposure to prenatal inflammation, indicative of developmental programming. Programming of ILC2 function and subsequent lung immune remodeling by prenatal inflammation led to airway dysfunction at baseline and in response to papain, indicating increased asthma susceptibility. Our data provide a link by which developmental programming of progenitors by early-life inflammation drives lung immune remodeling and asthma susceptibility through hyperactivation of lung-resident ILC2s. One Sentence Summary Prenatal inflammation programs asthma susceptibility by inducing the production of hyperactivated ILC2s in the developing lung.

Here, we examine how prenatal inflammation shapes tissue function and immunity in the lung by reprogramming tissue-resident immune cells from early development. Maternal, but not fetal, type I interferon-mediated inflammation provokes expansion and hyperactivation of group 2 innate lymphoid cells (ILC2s) seeding the developing lung. Hyperactivated ILC2s produce increased IL-5 and IL-13 and are associated with acute Th2 bias, decreased Tregs, and persistent lung eosinophilia into adulthood. ILC2 hyperactivation is recapitulated by adoptive transfer of fetal liver precursors following prenatal inflammation, indicative of developmental programming at the fetal progenitor level. Reprogrammed ILC2 hyperactivation and subsequent lung immune remodeling, including persistent eosinophilia, is concomitant with worsened histopathology and increased airway dysfunction equivalent to papain exposure, indicating increased asthma susceptibility in offspring. Our data elucidate a mechanism by which early-life inflammation results in increased asthma susceptibility in the presence of hyperactivated ILC2s that drive persistent changes to lung immunity during perinatal development.

Abstract Infection directly influences adult hematopoietic stem cell (HSC) function and differentiation, but much less is known about the fetal hematopoietic response to infection during pregnancy. Here, we investigated the fetal hematopoietic response to maternal infection with Toxoplasma gondii ( T. gondii ), an intracellular parasite that elicits Type II IFNγ-mediated maternal immunity. The effects of maternal IFNγ on developing HSCs and the signals that mediate these interactions have not been investigated. Our investigation reveals that the fetal HSCs respond to T. gondii infection with virulence-dependent changes in proliferation, self-renewal potential, and lineage output. We demonstrate that maternal IFNγ crosses the fetal-maternal interface and is perceived by fetal HSCs. By comparing the effects of maternal IFNγ injection with maternal T. gondii infection, our observations reveal that IFNγ mimics aspects of the fetal HSC response to infection. Moreover, our data disentangle the role of infection-induced inflammatory cytokines in driving the expansion of downstream hematopoietic progenitors. Our findings illuminate that the fetal HSC response to prenatal infection is distinct from the adult HSC response to IFNγ-induced inflammation.