Cardiac macrophages are crucial for tissue repair after cardiac injury but are not well characterized. Here we identify four populations of cardiac macrophages. At steady state, resident macrophages were primarily maintained through local proliferation. However, after macrophage depletion or during cardiac inflammation, Ly6chi monocytes contributed to all four macrophage populations, whereas resident macrophages also expanded numerically through proliferation. Genetic fate mapping revealed that yolk-sac and fetal monocyte progenitors gave rise to the majority of cardiac macrophages, and the heart was among a minority of organs in which substantial numbers of yolk-sac macrophages persisted in adulthood. CCR2 expression and dependence distinguished cardiac macrophages of adult monocyte versus embryonic origin. Transcriptional and functional data revealed that monocyte-derived macrophages coordinate cardiac inflammation, while playing redundant but lesser roles in antigen sampling and efferocytosis. These data highlight the presence of multiple cardiac macrophage subsets, with different functions, origins, and strategies to regulate compartment size.

The specificity of interferon effectors across an expanded range of viruses is studied, with results indicating that positive-sense single-stranded RNA viruses are more susceptible to interferon-stimulated gene activity than negative-sense RNA or DNA viruses; in addition, the DNA sensor cGAS is shown to have an unappreciated role in RNA virus inhibition. This study reports the use of cell culture models to scan an extensive interferon-stimulated gene (ISG) library for activity against a broad spectrum of viruses. The scan reveals that positive-sense single-stranded (ss)RNA viruses are more susceptible to ISG activities than negative-sense ssRNA viruses or a DNA virus. The DNA sensor cyclic GMP-AMP synthase (cGAS) is shown to inhibit several RNA viruses. The authors also generated cGAS knockout mice and showed an in vivo requirement for cGAS in antiviral responses. The type I interferon (IFN) response protects cells from viral infection by inducing hundreds of interferon-stimulated genes (ISGs), some of which encode direct antiviral effectors1,2,3. Recent screening studies have begun to catalogue ISGs with antiviral activity against several RNA and DNA viruses4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. However, antiviral ISG specificity across multiple distinct classes of viruses remains largely unexplored. Here we used an ectopic expression assay to screen a library of more than 350 human ISGs for effects on 14 viruses representing 7 families and 11 genera. We show that 47 genes inhibit one or more viruses, and 25 genes enhance virus infectivity. Comparative analysis reveals that the screened ISGs target positive-sense single-stranded RNA viruses more effectively than negative-sense single-stranded RNA viruses. Gene clustering highlights the cytosolic DNA sensor cyclic GMP-AMP synthase (cGAS, also known as MB21D1) as a gene whose expression also broadly inhibits several RNA viruses. In vitro, lentiviral delivery of enzymatically active cGAS triggers a STING-dependent, IRF3-mediated antiviral program that functions independently of canonical IFN/STAT1 signalling. In vivo, genetic ablation of murine cGAS reveals its requirement in the antiviral response to two DNA viruses, and an unappreciated contribution to the innate control of an RNA virus. These studies uncover new paradigms for the preferential specificity of IFN-mediated antiviral pathways spanning several virus families.

Natural killer (NK) cells express inhibitory and activation receptors that recognize MHC class I-like molecules on target cells. These receptors may be involved in the critical role of NK cells in controlling initial phases of certain viral infections. Indeed, the Ly49H NK cell activation receptor confers in vivo genetic resistance to murine cytomegalovirus (MCMV) infections, but its ligand was previously unknown. Herein, we use heterologous reporter cells to demonstrate that Ly49H recognizes MCMV-infected cells and a ligand encoded by MCMV itself. Exploiting a bioinformatics approach to the MCMV genome, we find at least 11 ORFs for molecules with previously unrecognized features of predicted MHC-like folds and limited MHC sequence homology. We identify one of these, m157, as the ligand for Ly49H. m157 triggers Ly49H-mediated cytotoxicity, and cytokine and chemokine production by freshly isolated NK cells. We hypothesize that the other ORFs with predicted MHC-like folds may be involved in immune evasion or interactions with other NK cell receptors.

The mammalian immune response to infection is mediated by 2 broad arms, the innate and adaptive immune systems. Innate immune cells are a first-line defense against pathogens and are thought to respond consistently to infection, regardless of previous exposure, i.e., they do not exhibit memory of prior activation. By contrast, adaptive immune cells display immunologic memory that has 2 basic characteristics, antigen specificity and an amplified response upon subsequent exposure. Whereas adaptive immune cells have rearranged receptor genes to recognize the universe of antigens, natural killer (NK) cells are innate immune lymphocytes with a limited repertoire of germ-line encoded receptors for target recognition. NK cells also produce cytokines such as IFN-gamma (IFN-γ) to protect the host during the innate response to infection. Herein, we show that cytokine-activated NK cells transferred into naïve hosts can be specifically detected 7–22 days later when they are phenotypically similar to naïve cells and are not constitutively producing IFN-γ. However, they produce significantly more IFN-γ when restimulated. This memory-like property is intrinsic to the NK cell. By contrast, memory-like NK cells do not express granzyme B protein and kill targets similarly to naïve NK cells. Thus, these experiments identify an ability of innate immune cells to retain an intrinsic memory of prior activation, a function until now attributed only to antigen-specific adaptive immune cells.

Natural interferon-producing cells (IPC) respond to viruses by secreting type I interferon (IFN) and interleukin-12 (IL-12). Toll-like receptor (TLR) 9 mediates IPC recognition of some of these viruses in vitro. However, whether TLR9-induced activation of IPC is necessary for an effective antiviral response in vivo is not clear. Here, we demonstrate that IPC and dendritic cells (DC) recognize murine cytomegalovirus (MCMV) through TLR9. TLR9-mediated cytokine secretion promotes viral clearance by NK cells that express the MCMV-specific receptor Ly49H. Although depletion of IPC leads to a drastic reduction of the IFN-α response, this allows other cell types to secrete IL-12, ensuring normal IFN-γ and NK cell responses to MCMV. We conclude that the TLR9/MyD88 pathway mediates antiviral cytokine responses by IPC, DC, and possibly other cell types, which are coordinated to promote effective NK cell function and MCMV clearance.

It is thought that monocytes rapidly differentiate to macrophages or dendritic cells (DCs) upon leaving blood. Here we have shown that Ly-6C+ monocytes constitutively trafficked into skin, lung, and lymph nodes (LNs). Entry was unaffected in gnotobiotic mice. Monocytes in resting lung and LN had similar gene expression profiles to blood monocytes but elevated transcripts of a limited number of genes including cyclo-oxygenase-2 (COX-2) and major histocompatibility complex class II (MHCII), induced by monocyte interaction with endothelium. Parabiosis, bromodoxyuridine (BrdU) pulse-chase analysis, and intranasal instillation of tracers indicated that instead of contributing to resident macrophages in the lung, recruited endogenous monocytes acquired antigen for carriage to draining LNs, a function redundant with DCs though differentiation to DCs did not occur. Thus, monocytes can enter steady-state nonlymphoid organs and recirculate to LNs without differentiation to macrophages or DCs, revising a long-held view that monocytes become tissue-resident macrophages by default.

Natural killer (NK) cells are lymphocytes that can be distinguished from T and B cells through their involvement in innate immunity and their lack of rearranged antigen receptors. Although NK cells and their receptors were initially characterized in terms of tumor killing in vitro, we have determined that the NK cell activation receptor, Ly-49H, is critically involved in resistance to murine cytomegalovirus in vivo. Ly-49H requires an immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM)–containing transmembrane molecule for expression and signal transduction. Thus, NK cells use receptors functionally resembling ITAM-coupled T and B cell antigen receptors to provide vital innate host defense.

Tumor-associated macrophages (TAMs) are essential components of the cancer microenvironment and play critical roles in the regulation of tumor progression. Optimal therapeutic intervention requires in-depth understanding of the sources that sustain macrophages in malignant tissues. In this study, we investigated the ontogeny of TAMs in murine pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) models. We identified both inflammatory monocytes and tissue-resident macrophages as sources of TAMs. Unexpectedly, significant portions of pancreas-resident macrophages originated from embryonic development and expanded through in situ proliferation during tumor progression. Whereas monocyte-derived TAMs played more potent roles in antigen presentation, embryonically derived TAMs exhibited a pro-fibrotic transcriptional profile, indicative of their role in producing and remodeling molecules in the extracellular matrix. Collectively, these findings uncover the heterogeneity of TAM origin and functions and could provide therapeutic insight for PDAC treatment.