Cytotoxic T lymphocytes (CTLs) and natural killer (NK) cells use the perforin/granzyme pathway as a major mechanism to kill pathogen-containing cells and tumor cells.(1,2) Dysregulation of this pathway results in several human diseases, such as hemophagocytic lymphohistiocytosis. Here we characterize the single-cell expression pattern of granzymes A and B in human lymphocytes using a flow cytometry-based assay. We demonstrate that most circulating CD56(+)8(-) NK cells, and approximately half of circulating CD8(+) T lymphocytes, coexpressed both granzymes A and B. In contrast, few circulating CD4(+) T lymphocytes expressed granzymes A or B. Activation of CD8(+) T lymphocytes with concanavalin A (ConA)/interleukin-2 (IL-2), and activation of CD4(+) T lymphocytes with antibodies to CD3/CD28 or CD3/CD46 (to generate T regulatory [Tr1] cells), induced substantial expression of granzyme B, but not granzyme A. Naive CD4(+)CD45RA(+) cells stimulated with antibodies to CD3/CD46 strongly expressed granzyme B, while CD3/CD28 stimulation was ineffective. Finally, we show that granzyme B-expressing CD4(+) Tr1 cells are capable of killing target cells in a perforin-dependent, but major histocompatibility complex (MHC)/T-cell receptor (TCR)-independent, manner. Our results demonstrate discordant expression of granzymes A and B in human lymphocyte subsets and T regulatory cells, which suggests that different granzymes may play unique roles in immune system responses and regulation.

Complement is viewed as a critical serum-operative component of innate immunity, with processing of its key component, C3, into activation fragments C3a and C3b confined to the extracellular space. We report here that C3 activation also occurred intracellularly. We found that the T cell-expressed protease cathepsin L (CTSL) processed C3 into biologically active C3a and C3b. Resting T cells contained stores of endosomal and lysosomal C3 and CTSL and substantial amounts of CTSL-generated C3a. While "tonic" intracellular C3a generation was required for homeostatic T cell survival, shuttling of this intracellular C3-activation-system to the cell surface upon T cell stimulation induced autocrine proinflammatory cytokine production. Furthermore, T cells from patients with autoimmune arthritis demonstrated hyperactive intracellular complement activation and interferon-γ production and CTSL inhibition corrected this deregulated phenotype. Importantly, intracellular C3a was observed in all examined cell populations, suggesting that intracellular complement activation might be of broad physiological significance.

Innate immune crosstalk in T cells The classical view of immune activation is that innate immune cells, such as macrophages and dendritic cells, recognize invading microbes and then alert adaptive immune cells, such as T cells, to respond. Arbore et al. now show that innate and adaptive immunity converge in human and mouse T cells. Activated T cells express components of the complement cascade, which in turn leads to the assembly of NLRP3 inflammasomes—both critical components of innate immunity that help hosts detect and eliminate microbes. In T cells, complement and inflammasomes work together to push T cells to differentiate into a specialized subset of T cells important for eliminating intracellular bacteria. Science , this issue p. 10.1126/science.aad1210

Expansion and acquisition of Th1 cell effector function requires metabolic reprogramming; however, the signals instructing these adaptations remain poorly defined. Here we found that in activated human T cells, autocrine stimulation of the complement receptor CD46, and specifically its intracellular domain CYT-1, was required for induction of the amino acid (AA) transporter LAT1 and enhanced expression of the glucose transporter GLUT1. Furthermore, CD46 activation simultaneously drove expression of LAMTOR5, which mediated assembly of the AA-sensing Ragulator-Rag-mTORC1 complex and increased glycolysis and oxidative phosphorylation (OXPHOS), required for cytokine production. T cells from CD46-deficient patients, characterized by defective Th1 cell induction, failed to upregulate the molecular components of this metabolic program as well as glycolysis and OXPHOS, but IFN-γ production could be reinstated by retrovirus-mediated CD46-CYT-1 expression. These data establish a critical link between the complement system and immunometabolic adaptations driving human CD4+ T cell effector function.

Pro-inflammatory immune responses are necessary for effective pathogen clearance, but cause severe tissue damage if not shut down in a timely manner 1,2 . Excessive complement and IFN-γ-associated responses are known drivers of immunopathogenesis 3 and are among the most highly induced immune programs in hyper-inflammatory SARS-CoV2 lung infection 4 . The molecular mechanisms that govern orderly shutdown and retraction of these responses remain poorly understood. Here, we show that complement triggers contraction of IFN-γ producing CD4 + T helper (Th) 1 cell responses by inducing expression of the vitamin D (VitD) receptor (VDR) and CYP27B1, the enzyme that activates VitD, permitting T cells to both activate and respond to VitD. VitD then initiates the transition from pro-inflammatory IFN-γ + Th1 cells to suppressive IL-10 + Th1 cells. This process is primed by dynamic changes in the epigenetic landscape of CD4 + T cells, generating superenhancers and recruiting c-JUN and BACH2, a key immunoregulatory transcription factor 5–7 . Accordingly, cells in psoriatic skin treated with VitD increased BACH2 expression, and BACH2 haplo-insufficient CD4 + T cells were defective in IL-10 production. As proof-of-concept, we show that CD4 + T cells in the bronchoalveolar lavage fluid (BALF) of patients with COVID-19 are Th1-skewed and that VDR is among the top regulators of genes induced by SARS-CoV2. Importantly, genes normally down-regulated by VitD were de-repressed in CD4 + BALF T cells of COVID-19, indicating that the VitD-driven shutdown program is impaired in this setting. The active metabolite of VitD, alfacalcidol, and cortico-steroids were among the top predicted pharmaceuticals that could normalize SARS-CoV2 induced genes. These data indicate that adjunct therapy with VitD in the context of other immunomodulatory drugs may be a beneficial strategy to dampen hyperinflammation in severe COVID-19.

The adaptive immune system plays an important role in the development and progression of atherosclerotic cardiovascular disease. B cells can have both proatherogenic and atheroprotective roles, making treatments aimed at modulating B cells important therapeutic targets. The innate-like B-cell response is generally considered atheroprotective, while the adaptive response is associated with mixed consequences for atherosclerosis. Additionally, interactions of B cells with components of the adaptive and innate immune system, including T cells and complement, also represent key points for therapeutic regulation. In this review, we discuss therapeutic approaches based on B-cell depletion, modulation of B-cell survival, manipulation of both the antibody-dependent and antibody-independent B-cell response, and emerging immunization techniques.

Cytokine-induced signaling pathways are tightly regulated and self-limiting, as their dysregulation causes immune disorders and cancer. The precise mechanisms that fine-tune these responses are incompletely understood. We show that the E3 ubiquitin ligase RNF144A is an IL-2/STAT5-induced gene in T cells and critically orchestrates the hierarchy of IL-2R signaling to promote STAT5 activation and limit RAF-ERK-MAPK output from the IL-2R. Mechanistically, RNF144A increased the interaction between IL-2Rβ and STAT5 and polyubiquitinated RAF1, enhancing its proteasomal degradation and preventing the formation of the potent RAF1/BRAF kinase complex. CD8+ T cells from Rnf144a-/- mice had impaired IL-2-induction of effector genes, including Tnf and granzymes, and these mice demonstrated increased susceptibility to influenza. Reduced RNF144A expression was associated with more severe influenza in humans and its expression in patients was a biomarker distinguishing moderate from severe disease. These studies reveal a vital physiological role for RNF144A in maintaining the fidelity of IL-2R signaling in CTLs to prevent severe inflammation in response to infection.