Innate lymphoid cells (ILCs) include cytotoxic natural killer cells and distinct groups of cytokine-producing innate helper cells which participate in immune defense and promote tissue homeostasis. Circulating human ILC precursors (ILCP) able to generate all canonical ILC subsets via multi-potent or uni-potent intermediates according to our previous work. Here we show potential cooperative roles for the Notch and IL-23 signaling pathways for human ILC differentiation from blood ILCP using single cell cloning analyses and validate these findings in patient samples with rare genetic deficiencies in IL12RB1 and RORC. Mechanistically, Notch signaling promotes upregulation of the transcription factor RORC, enabling acquisition of Group 1 (IFN-γ) and Group 3 (IL-17A, IL-22) effector functions in multi-potent and uni-potent ILCP. Interfering with RORC or signaling through its target IL-23R compromises ILC3 effector functions but also generally suppresses ILC production from multi-potent ILCP. Our results identify a Notch->RORC- > IL-23R pathway which operates during human ILC differentiation. These observations may help guide protocols to expand functional ILC subsets in vitro with an aim towards novel ILC therapies for human disease.

Summary Inborn errors of human IFN-γ immunity underlie mycobacterial disease. We report a patient with mycobacterial disease due to an inherited deficiency of the transcription factor T-bet. This deficiency abolishes the expression of T-bet target genes, including IFNG , by altering chromatin accessibility and DNA methylation in CD4 + T cells. The patient has profoundly diminished counts of mycobacterial-reactive circulating NK, invariant NKT (iNKT), mucosal-associated invariant T (MAIT), and Vδ2 + γδ T lymphocytes, and of non-mycobacterial-reactive classic T H 1 lymphocytes, the remainders of which also produce abnormally low amounts of IFN-γ. Other IFN-γ-producing lymphocyte subsets however develop normally, but with low levels of IFN-γ production, with exception of Vδ2 − γδ T lymphocytes, which produce normal amounts of IFN-γ in response to non-mycobacterial stimulation, and non-classic T H 1 (T H 1*) lymphocytes, which produce IFN-γ normally in response to mycobacterial antigens. Human T-bet deficiency thus underlies mycobacterial disease by preventing the development of, and IFN-γ production by, innate (NK) and innate-like adaptive lymphocytes (iNKT, MAIT, and Vδ2 + γδ T cells), with mycobacterial-specific, IFN-γ-producing, purely adaptive αβ T H 1* cells unable to compensate for this deficit.