Tumor-associated macrophages (TAMs) are a heterogeneous population of cells whose phenotypes and functions are shaped by factors that are incompletely understood. Herein, we asked when and where TAMs arise from blood monocytes and how they evolve during tumor development. We initiated pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) in inducible monocyte fate-mapping mice and combined single-cell transcriptomics and high-dimensional flow cytometry to profile the monocyte-to-TAM transition. We revealed that monocytes differentiate first into a transient intermediate population of TAMs that generates two longer-lived lineages of terminally differentiated TAMs with distinct gene expression profiles, phenotypes, and intratumoral localization. Transcriptome datasets and tumor samples from patients with PDAC evidenced parallel TAM populations in humans and their prognostic associations. These insights will support the design of new therapeutic strategies targeting TAMs in PDAC.

Abstract Glucocorticoids (GCs) exert potent anti-inflammatory effects in immune cells through the glucocorticoid receptor (GR). Dendritic cells (DCs), central actors for coordinating immune responses, acquire tolerogenic properties in response to GCs. Tolerogenic DCs (tolDCs) have emerged as a potential treatment for various inflammatory diseases. To date, the underlying cell type-specific regulatory mechanisms orchestrating GC-mediated acquisition of immunosuppressive properties remain poorly understood. In this study, we investigated the transcriptomic and epigenomic remodeling associated with differentiation to DCs in the presence of GCs. Our analysis demonstrates a major role of MAFB in this process, in synergy with GR. GR and MAFB both interact with methylcytosine dioxygenase TET2 and bind to genomic loci that undergo specific demethylation in tolDCs. We also show that the role of MAFB is more extensive, binding to thousands of genomic loci in tolDCs. Finally, MAFB knockdown erases the tolerogenic properties of tolDCs and reverts the specific DNA demethylation and gene upregulation. The preeminent role of MAFB is also demonstrated in vivo for myeloid cells from synovium in rheumatoid arthritis following GC treatment. Our results imply that, once directly activated by GR, MAFB takes over the main roles to orchestrate the epigenomic and transcriptomic remodeling that define the tolerogenic phenotype.

ABSTRACT Common variable immunodeficiency (CVID), the most prevalent symptomatic primary immunodeficiency, is characterized by impaired terminal B-cell differentiation and defective antibody responses. Incomplete genetic penetrance and a wide range of phenotypic expressivity in CVID suggest the participation of additional pathogenic mechanisms. Monozygotic (MZ) twins discordant for CVID are uniquely valuable for studying the contribution of epigenetics to the disease. We used single-cell epigenomics and transcriptomics to create a cell census of naïve-to-memory B cell differentiation in a pair of CVID-discordant MZ twins. Our analysis identifies DNA methylation, chromatin accessibility and transcriptional defects in memory B cells that mirror defective cell-cell communication defects following activation. These findings were validated in a cohort of CVID patients and healthy donors. Our findings provide a comprehensive multi-omics map of alterations in naïve-to-memory B-cell transition in CVID and reveal links between the epigenome and immune cell cross-talk. Our resource, publicly available at the Human Cell Atlas, paves the way for future diagnosis and treatments of CVID patients.

Common variable immunodeficiency (CVID) is the most prevalent primary immunodeficiency, marked by hypogammaglobulinemia, poor antibody responses, and increased infection susceptibility. The COVID-19 pandemic provided a unique opportunity to study the effects of prolonged viral infections on the immune responses of CVID patients. Here we use single-cell RNA-seq and spectral flow cytometry of peripheral blood samples before, during, and after SARS-CoV-2 infection showing that COVID-19 CVID patients display a persistent type I interferon signature at convalescence across immune compartments. Alterations in adaptive immunity include sustained activation of naïve B cells, increased CD21low B cells, impaired Th1 polarization, CD4+ T central memory exhaustion, and increased CD8+ T cell cytotoxicity. NK cell differentiation is defective, although cytotoxicity remains intact. Monocytes show persistent activation of inflammasome-related genes. These findings suggest the involvement of intact humoral immunity in regulating these processes and might indicate the need for early intervention to manage viral infections in CVID patients. Common variable immunodeficiency (CVID) is a prevalent primary immunodeficiency characterized by hypogammaglobulinemia, poor antibody responses, and enhanced susceptibility to infection. Here the authors examine CVID patients infected by SARS-CoV-2 and describe broad immune dysregulation, sustained type I IFN responses, altered B/T cell signaling, impaired NK cell differentiation, and persistent inflammasome activation.