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.

Abstract The need to understand the mechanisms and pathways of immune responses in pathogenic conditions such as cancer and autoimmunity requires awareness of natural immune variability in healthy subjects. To this end, various systems immunology studies have been established. Among them, the Milieu Intérieur (MI) study was established to define the boundaries of a healthy immune response and identify determinants of immune response variation. MI used immunophenotyping of a 1000 healthy donor cohort by flow cytometry as a principal outcome for immune variance at steady state. For the 10-year longitudinal MI study, we have developed two high-dimensional spectral flow cytometry panels that allow deep characterization of innate and adaptive whole blood immune cells (35 and 34 fluorescent markers, respectively) and standardized the protocol for sample handling, staining, acquisition, and data analysis. This permits the reproducible quantification of over 182 immune cell phenotypes through robust immunophenotyping at a single site. This highly standardized protocol was applied to samples from patients with autoimmune/inflammatory diseases. It is currently used for characterization of the impact of age and environmental factors on peripheral blood immune phenotypes of >400 donors from the initial MI cohort.

Determining the function of uterine lymphocytes is challenging because of the rapidly changing nature of the organ in response to sex hormones and, during pregnancy, to the invading fetal trophoblast cells. Here we provide the first genome-wide transcriptome atlas of mouse uterine group 1 innate lymphoid cells (g1 ILCs) at mid-gestation. The composition of g1 ILCs fluctuates throughout reproductive life, with Eomes-veCD49a+ ILC1s dominating before puberty and specifically expanding in second pregnancies, when the expression of CXCR6, a marker of memory cells, is upregulated. Tissue-resident Eomes+CD49a+ NK cells (trNK), which resemble human uterine NK cells, are most abundant during early pregnancy, and showcase gene signatures of responsiveness to TGF-β, connections with trophoblast, epithelial, endothelial and smooth muscle cells, leucocytes, as well as extracellular matrix. Unexpectedly, trNK cells express genes involved in anaerobic glycolysis, lipid metabolism, iron transport, protein ubiquitination, and recognition of microbial molecular patterns. Conventional NK cells expand late in gestation and may engage in crosstalk with trNK cells involving IL-18 and IFN-γ. These results identify trNK cells as the cellular hub of uterine g1 ILCs at mid-gestation and mark CXCR6+ ILC1s as potential memory cells of pregnancy.