Interindividual clinical variability in the course of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection is vast. We report that at least 101 of 987 patients with life-threatening coronavirus disease 2019 (COVID-19) pneumonia had neutralizing immunoglobulin G (IgG) autoantibodies (auto-Abs) against interferon-ω (IFN-ω) (13 patients), against the 13 types of IFN-α (36), or against both (52) at the onset of critical disease; a few also had auto-Abs against the other three type I IFNs. The auto-Abs neutralize the ability of the corresponding type I IFNs to block SARS-CoV-2 infection in vitro. These auto-Abs were not found in 663 individuals with asymptomatic or mild SARS-CoV-2 infection and were present in only 4 of 1227 healthy individuals. Patients with auto-Abs were aged 25 to 87 years and 95 of the 101 were men. A B cell autoimmune phenocopy of inborn errors of type I IFN immunity accounts for life-threatening COVID-19 pneumonia in at least 2.6% of women and 12.5% of men.

The genetics underlying severe COVID-19 The immune system is complex and involves many genes, including those that encode cytokines known as interferons (IFNs). Individuals that lack specific IFNs can be more susceptible to infectious diseases. Furthermore, the autoantibody system dampens IFN response to prevent damage from pathogen-induced inflammation. Two studies now examine the likelihood that genetics affects the risk of severe coronavirus disease 2019 (COVID-19) through components of this system (see the Perspective by Beck and Aksentijevich). Q. Zhang et al. used a candidate gene approach and identified patients with severe COVID-19 who have mutations in genes involved in the regulation of type I and III IFN immunity. They found enrichment of these genes in patients and conclude that genetics may determine the clinical course of the infection. Bastard et al. identified individuals with high titers of neutralizing autoantibodies against type I IFN-α2 and IFN-ω in about 10% of patients with severe COVID-19 pneumonia. These autoantibodies were not found either in infected people who were asymptomatic or had milder phenotype or in healthy individuals. Together, these studies identify a means by which individuals at highest risk of life-threatening COVID-19 can be identified. Science , this issue p. eabd4570 , p. eabd4585 ; see also p. 404

Circulating autoantibodies (auto-Abs) neutralizing high concentrations (10 ng/mL, in plasma diluted 1 to 10) of IFN-α and/or -ω are found in about 10% of patients with critical COVID-19 pneumonia, but not in subjects with asymptomatic infections. We detect auto-Abs neutralizing 100-fold lower, more physiological, concentrations of IFN-α and/or -ω (100 pg/mL, in 1/10 dilutions of plasma) in 13.6% of 3,595 patients with critical COVID-19, including 21% of 374 patients > 80 years, and 6.5% of 522 patients with severe COVID-19. These antibodies are also detected in 18% of the 1,124 deceased patients (aged 20 days-99 years; mean: 70 years). Moreover, another 1.3% of patients with critical COVID-19 and 0.9% of the deceased patients have auto-Abs neutralizing high concentrations of IFN-β. We also show, in a sample of 34,159 uninfected subjects from the general population, that auto-Abs neutralizing high concentrations of IFN-α and/or -ω are present in 0.18% of individuals between 18 and 69 years, 1.1% between 70 and 79 years, and 3.4% >80 years. Moreover, the proportion of subjects carrying auto-Abs neutralizing lower concentrations is greater in a subsample of 10,778 uninfected individuals: 1% of individuals <70 years, 2.3% between 70 and 80 years, and 6.3% >80 years. By contrast, auto-Abs neutralizing IFN-β do not become more frequent with age. Auto-Abs neutralizing type I IFNs predate SARS-CoV-2 infection and sharply increase in prevalence after the age of 70 years. They account for about 20% of both critical COVID-19 cases in the over-80s, and total fatal COVID-19 cases.

Abstract Patients with autoimmune polyendocrinopathy syndrome type 1 (APS-1) caused by autosomal recessive AIRE deficiency produce autoantibodies that neutralize type I interferons (IFNs) 1,2 , conferring a predisposition to life-threatening COVID-19 pneumonia 3 . Here we report that patients with autosomal recessive NIK or RELB deficiency, or a specific type of autosomal-dominant NF-κB2 deficiency, also have neutralizing autoantibodies against type I IFNs and are at higher risk of getting life-threatening COVID-19 pneumonia. In patients with autosomal-dominant NF-κB2 deficiency, these autoantibodies are found only in individuals who are heterozygous for variants associated with both transcription (p52 activity) loss of function (LOF) due to impaired p100 processing to generate p52, and regulatory (IκBδ activity) gain of function (GOF) due to the accumulation of unprocessed p100, therefore increasing the inhibitory activity of IκBδ (hereafter, p52 LOF /IκBδ GOF ). By contrast, neutralizing autoantibodies against type I IFNs are not found in individuals who are heterozygous for NFKB2 variants causing haploinsufficiency of p100 and p52 (hereafter, p52 LOF /IκBδ LOF ) or gain-of-function of p52 (hereafter, p52 GOF /IκBδ LOF ). In contrast to patients with APS-1, patients with disorders of NIK, RELB or NF-κB2 have very few tissue-specific autoantibodies. However, their thymuses have an abnormal structure, with few AIRE-expressing medullary thymic epithelial cells. Human inborn errors of the alternative NF-κB pathway impair the development of AIRE-expressing medullary thymic epithelial cells, thereby underlying the production of autoantibodies against type I IFNs and predisposition to viral diseases.

ABSTRACT Ancient genomics can directly detect human genetic adaptation to environmental cues. However, it remains unclear how pathogens have exerted selective pressures on human genome diversity across different epochs and affected present-day inflammatory disease risk. Here, we use an ancestry-aware approximate Bayesian computation framework to estimate the nature, strength, and time of onset of selection acting on 2,879 ancient and modern European genomes from the last 10,000 years. We found that the bulk of genetic adaptation occurred after the start of the Bronze Age, <4,500 years ago, and was enriched in genes relating to host-pathogen interactions. Furthermore, we detected directional selection acting on specific leukocytic lineages and experimentally demonstrated that the strongest negatively selected immunity gene variant — the lipopolysaccharide-binding protein gene ( LBP ) D283G — is hypomorphic. Finally, our analyses suggest that the risk of inflammatory disorders has progressively increased in post-Neolithic Europeans, partly due to antagonistic pleiotropy following genetic adaptation to pathogens.

Severe defects in human IFNγ immunity predispose individuals to both Bacillus Calmette-Guérin disease and tuberculosis, whereas milder defects predispose only to tuberculosis

ABSTRACT Pre-mRNA splicing is initiated with the recognition of a single-nucleotide intronic branchpoint (BP) within a BP motif by spliceosome elements. Fifty-six rare variants in 44 human genes have been reported to alter splicing and cause disease by disrupting BP. However, until now, no computational approach has been available to efficiently detect such variants in next-generation sequencing (NGS) data. We established a comprehensive human genome-wide BP database by integrating existing BP data, and by generating new BP data from RNA-seq of lariat debranching enzyme DBR1-mutated patients and from machine-learning predictions. We in-depth characterize multiple features of BP in major and minor introns, and find that BP and BP-2 (two-nucleotides upstream of BP) positions exhibit a lower rate of variation in human populations and higher evolutionary conservation than the intronic background, whilst being comparable to the exonic background. We develop BPHunter as a genome-wide computational approach to systematically and efficiently detect intronic variants that may disrupt BP recognition in NGS data. BPHunter retrospectively identifies 48 of the 56 known pathogenic BP mutations in which we summarize a strategy for prioritizing BP mutation candidates, and the remaining 8 all create AG dinucleotides between BP and acceptor site which is probably the reason for mis-splicing. We demonstrate the utility of BPHunter prospectively by using it to identify a novel germline heterozygous BP variant of STAT2 in a patient with critical COVID-19 pneumonia, and a novel somatic intronic 59-nucleotide deletion of ITPKB in a lymphoma patient, both of which we validate experimentally. BPHunter is publicly available from https://hgidsoft.rockefeller.edu/BPHunter and https://github.com/casanova-lab/BPHunter .