Abstract Type I (-α, β) and type III (-λ) interferons (IFNs) are produced in response to virus infection and upregulate a largely overlapping set of IFN stimulated genes which mediate the protective effects of these antiviral cytokines. In vitro studies have demonstrated the redundancy of these two cytokine families which activate the same transcription factor, IFN stimulated gene factor 3 (ISGF3), via distinct ligands and receptors. However, in vivo , these IFN types do have distinct functions based on receptor distribution, but also ligand availability. Using a newly generated IFN-λ reporter mouse strain we have observed that both type I and type III IFNs are produced in response to respiratory tract infection by Newcastle disease virus (NDV) and influenza A virus (IAV). In the case of NDV these IFNs are synthesized by different cell types. Type I IFNs are produced primarily by alveolar macrophages, type III IFNs are made only by epithelial cells, and production of either is dependent on MAVS. While epithelial cells of the respiratory tract represent the primary target of IAV infection, we found that they did not significantly contribute to IFN-λ production, and IFN-λ protein levels were largely unaffected in the absence of MAVS. Instead we found that pDCs, a cell type known for robust IFN-α production via TLR/MyD88 signaling, were the major producers of IFN-λ during IAV infection, with pDC depletion during influenza infection resulting in significantly reduced levels of both IFN-α and IFN-λ. In addition, we were able to demonstrate that pDCs rely on type I IFN for optimal IFN-λ production. These studies therefore demonstrate that the in vivo producers of Type III IFNs in response to respiratory virus infection are pathogen dependent, a finding which may explain the varying levels of cytokine production induced by different viral pathogens.

The immune systems of free-living mammals such as humans and wild mice display a heightened degree of activation compared with laboratory mice maintained under artificial conditions. Here, we demonstrate that releasing inbred laboratory mice into an outdoor enclosure to mimic life in a natural environment alters the state of immunity. In addition to enhancing the differentiation of T cell populations previously associated with pathogen exposure, we found that outdoor release of mice led to an increase in circulating granulocytes. However, rewilded mice were not infected by pathogens previously implicated in immune activation. Rather, changes to the immune system were associated with an altered composition of the microbiota, and fungi isolated from rewilded mice were sufficient to increase circulating granulocytes. These findings establish an experimental procedure to investigate the impact of the natural environment on immune development and identify a role for sustained fungal exposure in determining granulocyte numbers.

ABSTRACT How the human intestinal immune system is distinctly organized to respond to inflammation is still poorly understood. Here, we used single-cell RNA-sequencing to examine lamina propria CD45+ hematopoietic cells from patients with inflammatory bowel disease that have undergone ileal pouch-anal anastomosis, or the colon mucosa of ulcerative colitis patients. We identified a population of IL1B + antimicrobial macrophages and FOXP3 /+ BATF + T cells that are associated and expanded in inflamed tissues, which we further validated in other scRNA-seq datasets from IBD patients. CD8+ T cells were unexpectedly more abundant in the pouch than colon. Cell type specific markers obtained from single-cell RNA-sequencing was used to infer representation from bulk RNA sequencing datasets, which further implicated antimicrobial macrophages expressing IL1B with S100A8/A9 calprotectin as being associated with inflammation, as well as Bacteroides and Escherichia bacterial species. Finally, we find that non-responsiveness to anti-integrin biologic therapies in UC patients is associated with the signature of this antimicrobial macrophage population in a subset of patients. This study identified conserved and distinct features of intestinal inflammation between parts of the small and large intestine undergoing similar inflammation conditions.

The relative contributions of genetic and environmental factors to variation in immune responses are still poorly understood. Here, we performed a deep phenotypic analysis of immunological parameters of laboratory mice released into an outdoor enclosure, carrying susceptibility genes ( Nod2 and Atg16l1 ) implicated in the development of inflammatory bowel diseases. Variations of immune cell populations were largely driven by environment, whereas cytokine production in response to stimulation was affected more by genetic mutations. Multi-omic models identified transcriptional signatures associated with differences in T cell populations. Subnetworks associated with responses against Clostridium perfringens, Candida albicans and Bacteroides vulgatus were also coupled with rewilding. Hence, exposing laboratory mice carrying different genetic mutations to a natural environment uncovered important contributors to immune variation.One sentence summary Natural environment exposure in laboratory mice primarily promotes variation in population frequencies of immune cells, whereas cytokine responses to stimulation are affected more by genetic susceptibility to inflammatory bowel disease.

Our previous studies identified a population of stem cell-like proliferating myeloid cells within inflamed tissues that could serve as a reservoir for tissue macrophages to adopt different activation states depending on the microenvironment. By lineage tracing cells derived from CX3CR1 + precursors in mice during infection and profiling by scRNA-seq, here we identify a cluster of BIRC5 + myeloid cells that expanded in the liver during either chronic infection with the parasite Schistosoma mansoni or the bacterial pathogen Staphylococcus aureus . In the absence of tissue damaging toxins, S. aureus infection does not elicit these BIRC5 + cells. Moreover, deletion of BIRC5 from CX3CR1 expressing cells results in improved survival during S. aureus infection. Hence, the combination of scRNA-Seq and genetic fate mapping CX3CR1 + cells revealed a toxin dependent pathogenic role for BIRC5 in myeloid cells during S. aureus infection.