T follicular helper (Tfh) cells provide help to B cells and are crucial for establishment of germinal center (GC) reactions, including production of high-affinity antibodies and generation of memory B cells and long-lived plasma cells. Here we report that the magnitude of the Tfh cell response was dictated by the amount of antigen and directly correlated with the magnitude of the GC B cell response. In addition, maintenance of the Tfh cell phenotype required sustained antigenic stimulation by GC B cells. In lymphopenic conditions, a strong and prolonged Tfh cell response led to bystander B cell activation, hypergammaglobulinemia, and production of poly- and self-reactive antibodies. These data demonstrate that antigen dose determines the size and duration of the Tfh cell response and GC reaction, highlight the transient nature of the Tfh cell phenotype, and suggest a link between overstimulation of Tfh cells and the development of dysregulated humoral immune responses.

Type I interferon (IFN) protects against viruses, yet it also has a poorly understood suppressive influence on inflammation. Here, we report that activated mouse macrophages lacking the IFN-stimulated gene cholesterol 25-hydroxylase (Ch25h) and that are unable to produce the oxysterol 25-hydroxycholesterol (25-HC) overproduce inflammatory interleukin-1 (IL-1) family cytokines. 25-HC acts by antagonizing sterol response element-binding protein (SREBP) processing to reduce Il1b transcription and to broadly repress IL-1-activating inflammasomes. In accord with these dual actions of 25-HC, Ch25h-deficient mice exhibit increased sensitivity to septic shock, exacerbated experimental autoimmune encephalomyelitis, and a stronger ability to repress bacterial growth. These findings identify an oxysterol, 25-HC, as a critical mediator in the negative-feedback pathway of IFN signaling on IL-1 family cytokine production and inflammasome activity.

Nucleoside-modified mRNA vaccines elicit protective antibodies through their ability to promote T follicular helper (Tfh) cells. The lipid nanoparticle (LNP) component of mRNA vaccines possesses inherent adjuvant activity. However, to what extent the nucleoside-modified mRNA can be sensed and contribute to Tfh cell responses remains largely undefined. Herein, we deconvoluted the signals induced by LNP and mRNA that instruct dendritic cells (DCs) to promote Tfh cell differentiation. We demonstrated that the nucleoside-modified mRNA drives the production of type I interferons that act on DCs to induce their maturation and the induction of Th1-biased Tfh responses. Conversely, LNP favors the acquisition of a Tfh cell-inducing program in DCs, a stronger Th2 polarization in Tfh cells, and allows for rapid mRNA translation by DCs within the draining lymph node. Our work unravels distinct adjuvant features of mRNA and LNP necessary for the induction of Tfh cells, with implications for vaccine design.

Abstract Intestinal B cell responses are critical for the maintenance of gut homeostasis, yet environmental signals that control B cell metabolism and effector function remain poorly characterized. Here, we show that Peyer’s patches germinal center (GC) B cells are sensitive to 25-hydroxycholesterol (25-HC), an oxidized metabolite of cholesterol produced by the enzyme cholesterol 25-hydroxylase (CH25H). In mice lacking CH25H, antigen-specific GC B cells show an increased cholesterol metabolic signature and preferentially differentiate in plasma cells (PCs), thereby inducing a stronger intestinal IgA response upon immunization or infection. GC B cells express the sterol sensor SREBP2 and use it to sense 25-HC. Deletion of SREBP2 from GC B cells prevents PC differentiation and forces the maintenance of GC identity. GC localized oxysterol production by follicular dendritic cells is central in dictating GC metabolism and imposing B cell fate. Our findings show that the 25-HC-SREBP2 axis shapes B cell effector function in intestinal lymphoid organs and indicate that dietary cholesterol can instruct local B cell response.

Targeting the α4β7-MAdCAM-1 axis with vedolizumab (VDZ) is a front-line therapeutic paradigm in ulcerative colitis (UC). However, mechanism(s) of action (MOA) of VDZ remain relatively undefined. Here, we examined three distinct cohorts of patients with UC (n=83, n=60, and n=21), to determine the effect of VDZ on the mucosal and peripheral immune system. Transcriptomic studies with protein level validation were used to study drug MOA using conventional and transgenic murine models. We found a significant decrease in colonic and ileal naïve B and T cells and circulating gut-homing plasmablasts (β7 + ) in VDZ-treated patients, pointing to gut-associated lymphoid tissue (GALT) targeting by VDZ. Murine Peyer’s patches (PP) demonstrated a significant loss cellularity associated with reduction in follicular B cells, including a unique population of epithelium-associated B cells, following anti-α4β7 antibody (mAb) administration. Photoconvertible (KikGR) mice unequivocally demonstrated impaired cellular entry into PPs in anti-α4β7 mAb treated mice. In VDZ-treated, but not anti-tumor necrosis factor-treated UC patients, lymphoid aggregate size was significantly reduced in treatment responders compared to non-responders, with an independent validation cohort further confirming these data. GALT targeting represents a novel MOA of α4β7-targeted therapies, with major implications for this therapeutic paradigm in UC, and for the development of new therapeutic strategies.

Lymphoid tissue inducer (LTi) cells develop during intrauterine life and rely on developmental programs to initiate the organogenesis of secondary lymphoid organs (SLOs). This evolutionary conserved process endows the fetus with the ability to orchestrate the immune response after birth and to react to the triggers present in the environment. While it is established that LTi function can be shaped by maternal-derived cues and is critical to prepare the neonate with a functional scaffold to mount immune response, the cellular mechanisms that control anatomically distinct SLO organogenesis remain unclear. We discovered that LTi cells forming Peyer's patches, gut-specific SLOs, require the coordinated action of two migratory G protein coupled receptors (GPCR) GPR183 and CCR6. These two GPCRs are uniformly expressed on LTi cells across SLOs, but their deficiency specifically impacts Peyer's patch formation, even when restricted to fetal window. The unique CCR6 ligand is CCL20, while the ligand for GPR183 is the cholesterol metabolite 7α,25-Dihydroxycholesterol (7α,25-HC), whose production is controlled by the enzyme cholesterol 25-hydroxylase (CH25H). We identified a fetal stromal cell subset that expresses CH25H and attracts LTi cells in the nascent Peyer's patch anlagen. GPR183 ligand concentration can be modulated by the cholesterol content in the maternal diet and impacts LTi cell maturation in vitro and in vivo, highlighting a link between maternal nutrients and intestinal SLO organogenesis. Our findings revealed that in the fetal intestine, cholesterol metabolite sensing by GPR183 in LTi cells for Peyer's patch formation is dominant in the duodenum, the site of cholesterol absorption in the adult. This anatomic requirement suggests that embryonic, long-lived non-hematopoietic cells might exploit adult metabolic functions to ensure highly specialized SLO development in utero.

Abstract Immunoglobulin A (IgA), the main antibody isotype found in the intestine, has evolved to maintain the stability of commensal communities, and prevent dysbiosis. In stark contrast to systemic antibody response against pathogens, the generation of IgA against intestinal resident microbes assures the simultaneous binding to multiple and diverse commensal-derived antigens. However, the exact mechanisms by which B cells mount such broadly reactive IgA response to the gut microbiome at the mucosal barrier remain elusive. Here we show surface IgA B cell receptor (BCR) is required to confer enhanced B cell fitness during the germinal center reaction in Peyer’s patches and to mediate selection of gut-homing plasma cells with higher efficiency. We demonstrate that, upon antigen stimulation, IgA+ BCR drives greater intracellular signaling in mouse and human B cells and as consequence, IgA+ B cells received higher positive selection cues in the germinal center. Mechanistically, in vivo IgA BCR signaling offsets Fas-mediated cell death to rescue low affinity B cell clones and redirects the humoral response to an increased variety of commensal strains at the intestinal interface. Our findings revealed a new mechanism linking tissue-specific antigen receptor signaling with B cell fate and localization of antibody production; and have implications for understanding how intestinal antigen recognition shapes humoral immunity in health and disease.

Metabolic byproducts of the intestinal microbiota are crucial in maintaining host immune tone and shaping inter-species ecological dynamics. Among these metabolites, succinate is a driver of tuft cell (TC) differentiation and consequent type 2 immunity-dependent protection against invading parasites in the small intestine. Succinate is also a growth enhancer of the nosocomial pathogen Clostridioides difficile in the large intestine. To date, no research has shown the role of succinate in modulating TC dynamics in the large intestine, or the relevance of this immune pathway to C. difficile pathophysiology. Here we reveal the existence of a three-way circuit between commensal microbes, C. difficile and host epithelial cells which centers around succinate. Through selective microbiota depletion experiments we demonstrate higher levels of type 2 cytokines leading to expansion of TCs in the colon. We then demonstrate the causal role of the microbiome in modulating colonic TC abundance and subsequent type 2 cytokine induction using rational supplementation experiments with fecal transplants and microbial consortia of succinate-producing bacteria. We show that administration of a succinate-deficient Bacteroides thetaiotaomicron knockout (Δfrd) significantly reduces the enhanced type 2 immunity in mono-colonized mice. Finally, we demonstrate that mice prophylactically administered with the consortium of succinate-producing bacteria show reduced C. difficile-induced morbidity and mortality compared to mice administered with heat-killed bacteria or the vehicle. This effect is reduced in a partial tuft cell knockout mouse, Pou2f3+/-, and nullified in the tuft cell knockout mouse, Pou2f3-/-, confirming that the observed protection occurs via the TC pathway. Succinate is an intermediary metabolite of the production of short-chain fatty acids, and its concentration often increases during dysbiosis. The first barrier to enteric pathogens alike is the intestinal epithelial barrier, and host maintenance and strengthening of barrier integrity is vital to homeostasis. Considering our data, we propose that activation of TC by the microbiota-produced succinate in the colon is a mechanism evolved by the host to counterbalance microbiome-derived cues that facilitate invasion by intestinal pathogens.

ABSTRACT The strength of peptide:MHC interactions with the T cell receptor (TCR) is correlated with the time to first cell division, the relative scale of the effector cell response, and the graded expression of activation-associated proteins like IRF4. To regulate T cell activation programming, the TCR and the TCR proximal kinase ITK simultaneously trigger many biochemically separate TCR signaling cascades. T cells lacking ITK exhibit selective impairments in effector T cell responses after activation, but under the strongest signaling conditions ITK activity is dispensable. To gain insight into whether TCR signal strength and ITK activity tune observed graded gene expression through unequal activation of disparate signaling pathways, we examined Erk1/2 activation and NFAT, NF-κB translocation in naive OT-I CD8 + cell nuclei. We observed consistent digital activation of NFAT1 and Erk-MAPK, but NF-κB displayed dynamic, graded activation in response to variation in TCR signal strength and was tunable by treatment with an ITK inhibitor. Inhibitor-treated cells showed dampened induction of AP-1 factors Fos and Fosb , NF-κB response gene transcripts, and survival factor Il2 transcripts. ATAC-seq analysis also revealed genomic regions most sensitive to ITK inhibition were enriched for NF-κB and AP-1 motifs. Specific inhibition of NF-κB during peptide stimulation tuned expression of early gene products like c-Fos. Together, these data indicate a key role for ITK in orchestrating optimal activation of separate TCR downstream pathways, specifically aiding NF-κB activation. More broadly, we revealed a mechanism by which variation in TCR signal strength can produce patterns of graded gene expression in activated T cells.