Cardiomyocytes are subjected to the intense mechanical stress and metabolic demands of the beating heart. It is unclear whether these cells, which are long-lived and rarely renew, manage to preserve homeostasis on their own. While analyzing macrophages lodged within the healthy myocardium, we discovered that they actively took up material, including mitochondria, derived from cardiomyocytes. Cardiomyocytes ejected dysfunctional mitochondria and other cargo in dedicated membranous particles reminiscent of neural exophers, through a process driven by the cardiomyocyte’s autophagy machinery that was enhanced during cardiac stress. Depletion of cardiac macrophages or deficiency in the phagocytic receptor Mertk resulted in defective elimination of mitochondria from the myocardial tissue, activation of the inflammasome, impaired autophagy, accumulation of anomalous mitochondria in cardiomyocytes, metabolic alterations, and ventricular dysfunction. Thus, we identify an immune-parenchymal pair in the murine heart that enables transfer of unfit material to preserve metabolic stability and organ function.Video Abstracthttps://www.cell.com/cms/asset/46565560-674e-41de-80b4-3f0988fd287f/mmc7.mp4Loading ...(mp4, 11.65 MB) Download video

Macrophages are considered to contribute to chronic inflammatory diseases such as rheumatoid arthritis1. However, both the exact origin and the role of macrophages in inflammatory joint disease remain unclear. Here we use fate-mapping approaches in conjunction with three-dimensional light-sheet fluorescence microscopy and single-cell RNA sequencing to perform a comprehensive spatiotemporal analysis of the composition, origin and differentiation of subsets of macrophages within healthy and inflamed joints, and study the roles of these macrophages during arthritis. We find that dynamic membrane-like structures, consisting of a distinct population of CX3CR1+ tissue-resident macrophages, form an internal immunological barrier at the synovial lining and physically seclude the joint. These barrier-forming macrophages display features that are otherwise typical of epithelial cells, and maintain their numbers through a pool of locally proliferating CX3CR1- mononuclear cells that are embedded into the synovial tissue. Unlike recruited monocyte-derived macrophages, which actively contribute to joint inflammation, these epithelial-like CX3CR1+ lining macrophages restrict the inflammatory reaction by providing a tight-junction-mediated shield for intra-articular structures. Our data reveal an unexpected functional diversification among synovial macrophages and have important implications for the general role of macrophages in health and disease.

Neutrophils eliminate pathogens efficiently but can inflict severe damage to the host if they over-activate within blood vessels. It is unclear how immunity solves the dilemma of mounting an efficient anti-microbial defense while preserving vascular health. Here, we identify a neutrophil-intrinsic program that enabled both. The gene Bmal1 regulated expression of the chemokine CXCL2 to induce chemokine receptor CXCR2-dependent diurnal changes in the transcriptional and migratory properties of circulating neutrophils. These diurnal alterations, referred to as neutrophil aging, were antagonized by CXCR4 (C-X-C chemokine receptor type 4) and regulated the outer topology of neutrophils to favor homeostatic egress from blood vessels at night, resulting in boosted anti-microbial activity in tissues. Mice engineered for constitutive neutrophil aging became resistant to infection, but the persistence of intravascular aged neutrophils predisposed them to thrombo-inflammation and death. Thus, diurnal compartmentalization of neutrophils, driven by an internal timer, coordinates immune defense and vascular protection.

Tissue-resident macrophages display varying phenotypic and functional properties that are largely specified by their local environment. One of these functions, phagocytosis, mediates the natural disposal of billions of cells, but its mechanisms and consequences within living tissues are poorly defined. Using a parabiosis-based strategy, we identified and isolated macrophages from multiple tissues as they phagocytosed blood-borne cellular material. Phagocytosis was circadianally regulated and mediated by distinct repertoires of receptors, opsonins, and transcription factors in macrophages from each tissue. Although the tissue of residence defined the core signature of macrophages, phagocytosis imprinted a distinct antiinflammatory profile. Phagocytic macrophages expressed CD206, displayed blunted expression of Il1b, and supported tissue homeostasis. Thus, phagocytosis is a source of macrophage heterogeneity that acts together with tissue-derived factors to preserve homeostasis.

The goal of successful anti-tumoural immunity is the development of long-term protective immunity to prevent relapse. Infiltration of tumours with CD8+ T cells with a resident memory (Trm) phenotype correlates with improved survival. However, the interplay of circulating CD8+ T cells and Trm cells remains poorly explored in tumour immunity. Using different vaccination strategies that fine-tune the generation of Trm cells or circulating memory T cells, here we show that, while both subsets are sufficient for anti-tumour immunity, the presence of Trm cells improves anti-tumour efficacy. Transferred central memory T cells (Tcm) generate Trm cells following viral infection or tumour challenge. Anti-PD-1 treatment promotes infiltration of transferred Tcm cells within tumours, improving anti-tumour immunity. Moreover, Batf3-dependent dendritic cells are essential for reactivation of circulating memory anti-tumour response. Our findings show the plasticity, collaboration and requirements for reactivation of memory CD8+ T cells subsets needed for optimal tumour vaccination and immunotherapy.

Immune protection relies on the capacity of neutrophils to infiltrate challenged tissues. Naive tissues, in contrast, are believed to remain free of these cells and protected from their toxic cargo. Here, we show that neutrophils are endowed with the capacity to infiltrate multiple tissues in the steady-state, a process that follows tissue-specific dynamics. By focusing in two particular tissues, the intestine and the lungs, we find that neutrophils infiltrating the intestine are engulfed by resident macrophages, resulting in repression of Il23 transcription, reduced G-CSF in plasma, and reinforced activity of distant bone marrow niches. In contrast, diurnal accumulation of neutrophils within the pulmonary vasculature influenced circadian transcription in the lungs. Neutrophil-influenced transcripts in this organ were associated with carcinogenesis and migration. Consistently, we found that neutrophils dictated the diurnal patterns of lung invasion by melanoma cells. Homeostatic infiltration of tissues unveils a facet of neutrophil biology that supports organ function, but can also instigate pathological states.