Microglia and astrocytes modulate inflammation and neurodegeneration in the central nervous system (CNS)1-3. Microglia modulate pro-inflammatory and neurotoxic activities in astrocytes, but the mechanisms involved are not completely understood4,5. Here we report that TGFα and VEGF-B produced by microglia regulate the pathogenic activities of astrocytes in the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) mouse model of multiple sclerosis. Microglia-derived TGFα acts via the ErbB1 receptor in astrocytes to limit their pathogenic activities and EAE development. Conversely, microglial VEGF-B triggers FLT-1 signalling in astrocytes and worsens EAE. VEGF-B and TGFα also participate in the microglial control of human astrocytes. Furthermore, expression of TGFα and VEGF-B in CD14+ cells correlates with the multiple sclerosis lesion stage. Finally, metabolites of dietary tryptophan produced by the commensal flora control microglial activation and TGFα and VEGF-B production, modulating the transcriptional program of astrocytes and CNS inflammation through a mechanism mediated by the aryl hydrocarbon receptor. In summary, we identified positive and negative regulators that mediate the microglial control of astrocytes. Moreover, these findings define a pathway through which microbial metabolites limit pathogenic activities of microglia and astrocytes, and suppress CNS inflammation. This pathway may guide new therapies for multiple sclerosis and other neurological disorders.

Tumor-associated macrophages (TAMs) play an important role in the immune response to cancer, but the mechanisms by which the tumor microenvironment controls TAMs and T cell immunity are not completely understood. Here we report that kynurenine produced by glioblastoma cells activates aryl hydrocarbon receptor (AHR) in TAMs to modulate their function and T cell immunity. AHR promotes CCR2 expression, driving TAM recruitment in response to CCL2. AHR also drives the expression of KLF4 and suppresses NF-κB activation in TAMs. Finally, AHR drives the expression of the ectonucleotidase CD39 in TAMs, which promotes CD8+ T cell dysfunction by producing adenosine in cooperation with CD73. In humans, the expression of AHR and CD39 was highest in grade 4 glioma, and high AHR expression was associated with poor prognosis. In summary, AHR and CD39 expressed in TAMs participate in the regulation of the immune response in glioblastoma and constitute potential targets for immunotherapy.

Multiple sclerosis is a chronic inflammatory disease of the CNS1. Astrocytes contribute to the pathogenesis of multiple sclerosis2, but little is known about the heterogeneity of astrocytes and its regulation. Here we report the analysis of astrocytes in multiple sclerosis and its preclinical model experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) by single-cell RNA sequencing in combination with cell-specific Ribotag RNA profiling, assay for transposase-accessible chromatin with sequencing (ATAC–seq), chromatin immunoprecipitation with sequencing (ChIP–seq), genome-wide analysis of DNA methylation and in vivo CRISPR–Cas9-based genetic perturbations. We identified astrocytes in EAE and multiple sclerosis that were characterized by decreased expression of NRF2 and increased expression of MAFG, which cooperates with MAT2α to promote DNA methylation and represses antioxidant and anti-inflammatory transcriptional programs. Granulocyte–macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) signalling in astrocytes drives the expression of MAFG and MAT2α and pro-inflammatory transcriptional modules, contributing to CNS pathology in EAE and, potentially, multiple sclerosis. Our results identify candidate therapeutic targets in multiple sclerosis. Single-cell RNA sequencing of cells from humans with multiple sclerosis and mice with a model of the disease identifies a population of disease-promoting astrocytes in which anti-oxidant and anti-inflammatory proteins are suppressed.

Effect of a probiotic on the gut microbiome and peripheral immune function in healthy controls and relapsing-remitting multiple sclerosis (MS) patients.MS patients (N = 9) and controls (N = 13) were orally administered a probiotic containing Lactobacillus, Bifidobacterium, and Streptococcus twice-daily for two months. Blood and stool specimens were collected at baseline, after completion of the 2-month treatment, and 3 months after discontinuation of therapy. Frozen peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) were used for immune cell profiling. Stool samples were used for 16S rRNA profiling and metabolomics.Probiotic administration increased the abundance of several taxa known to be depleted in MS such as Lactobacillus. We found that probiotic use decreased the abundance of taxa previously associated with dysbiosis in MS, including Akkermansia and Blautia. Predictive metagenomic analysis revealed a decrease in the abundance of several KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) pathways associated with altered gut microbiota function in MS patients, such as methane metabolism, following probiotic supplementation. At the immune level, probiotic administration induced an anti-inflammatory peripheral immune response characterized by decreased frequency of inflammatory monocytes, decreased mean fluorescence intensity (MFI) of CD80 on classical monocytes, as well as decreased human leukocyte antigen (HLA) D related MFI on dendritic cells. Probiotic administration was also associated with decreased expression of MS risk allele HLA-DQA1 in controls. Probiotic-induced increase in abundance of Lactobacillus and Bifidobacterium was associated with decreased expression of MS risk allele HLA.DPB1 in controls.Our results suggest that probiotics could have a synergistic effect with current MS therapies. Ann Neurol 2018.

Abstract The emergence of SARS-CoV-2 variants are a persistent threat to the efficacy of currently developed prophylactic vaccines and therapeutic antibodies. These variants accumulate mutations in the spike protein which encodes the epitopes necessary for neutralizing antibody binding. Moreover, emerging evidence suggest that robust antibody responses are insufficient to prevent severe disease and long-lasting viral immunity requires T cells. Thus, understanding how the T cell antigen landscape evolves in the context of these emerging variants remains crucial. T cells responses are durable and recognize a wider breadth of epitopes reducing the possibility of immune escape through mutation. Here, we deploy the ATLAS™ assay which identifies CD4 + and CD8 + T cell antigens by utilizing the endogenous HLA class-I and class-II peptide processing pathways. Profiling of T cells from exposed and unexposed donors revealed rich and complex patterns which highlighted the breadth of antigenic potential encoded in SARS-CoV-2. ATLAS revealed several common or frequent antigenic regions as well as an abundance of responses in the unexposed cohort potentially the result of pre-exposure to related coronaviruses. ORF10 was a common CD4 + response in the unexposed cohort while spike was identified as a common and frequent target in both cohorts. Moreover, the spike response profiles allowed us to accurately predict the impact of Omicron spike mutations. This analysis could thus be applied to study the impact of future emerging VOCs.