Secondary lymphoid organ chemokine (SLC) is expressed in high endothelial venules and in T cell zones of spleen and lymph nodes (LNs) and strongly attracts naive T cells. In mice homozygous for the paucity of lymph node T cell (plt) mutation, naive T cells fail to home to LNs or the lymphoid regions of spleen. Here we demonstrate that expression of SLC is undetectable in plt mice. In addition to the defect in T cell homing, we demonstrate that dendritic cells (DCs) fail to accumulate in spleen and LN T cell zones of plt mice. DC migration to LNs after contact sensitization is also substantially reduced. The physiologic significance of these abnormalities in plt mice is indicated by a markedly increased sensitivity to infection with murine hepatitis virus. The plt mutation maps to the SLC locus; however, the sequence of SLC introns and exons in plt mice is normal. These findings suggest that the abnormalities in plt mice are due to a genetic defect in the expression of SLC and that SLC mediates the entry of naive T cells and antigen-stimulated DCs into the T cell zones of secondary lymphoid organs.

Preferential homing of naive lymphocytes to secondary lymphoid organs is thought to involve the action of chemokines, yet no chemokine has been shown to have either the expression pattern or the activities required to mediate this process. Here we show that a chemokine represented in the EST database, secondary lymphoid-tissue chemokine (SLC), is expressed in the high endothelial venules of lymph nodes and Peyer's patches, in the T cell areas of spleen, lymph nodes, and Peyer's patches, and in the lymphatic endothelium of multiple organs. SLC is a highly efficacious chemoattractant for lymphocytes with preferential activity toward naive T cells. Moreover, SLC induces firm adhesion of naive T lymphocytes via beta2 integrin binding to the counter receptor, intercellular adhesion molecule-1, a necessary step for lymphocyte recruitment. SLC is the first chemokine demonstrated to have the characteristics required to mediate homing of lymphocytes to secondary lymphoid organs. In addition, the expression of SLC in lymphatic endothelium suggests that the migration of lymphocytes from tissues into efferent lymphatics may be an active process mediated by this molecule.

Human plasmacytoid dendritic cells (pDCs) are major producers of IFNα, are activated by CpG motifs, and are believed to enter lymph nodes (LNs) via L-selectin dependent extravasation across high endothelial venules. To identify a similar murine DC type, CD11c+ cells in the LNs of L-selectin–deficient and control BALB/c mice were compared, revealing a population of CD11c+CD11b− cells that is reduced 85% in the LNs of L-selectin–deficient mice. These cells are Gr-1+B220+CD19−, either CD4+ or CD8+, and localize within T cell zones of LNs. Freshly isolated CD11c+Gr-1+ cells express major histocompatibility complex class II at low levels, display a plasmacytoid morphology, and survive poorly in culture. Their survival is increased and they develop a DC-like morphology in interleukin 3 and CpG. Like human pDCs, CD11c+Gr-1+ cells stimulate T cell proliferation after activation with CpG and produce IFNα after stimulation with influenza virus. These cells also display a strain-specific variation in frequency, being fivefold increased in the LNs of BALB/c relative to C57BL/6 mice. These CD11c+CD11b−B220+Gr-1+ cells appear to be the murine equivalent of human pDCs.

Mice deficient in the cytokines tumor necrosis factor (TNF) or lymphotoxin (LT) alpha/beta lack polarized B cell follicles in the spleen. Deficiency in CXC chemokine receptor 5 (CXCR5), a receptor for B lymphocyte chemoattractant (BLC), also causes loss of splenic follicles. Here we report that BLC expression by follicular stromal cells is defective in TNF-, TNF receptor 1 (TNFR1)-, LTalpha- and LTbeta-deficient mice. Treatment of adult mice with antagonists of LTalpha1beta2 also leads to decreased BLC expression. These findings indicate that LTalpha1beta2 and TNF have a role upstream of BLC/CXCR5 in the process of follicle formation. In addition to disrupted follicles, LT-deficient animals have disorganized T zones. Expression of the T cell attractant, secondary lymphoid tissue chemokine (SLC), by T zone stromal cells is found to be markedly depressed in LTalpha-, and LTbeta-deficient mice. Expression of the SLC-related chemokine, Epstein Barr virus-induced molecule 1 ligand chemokine (ELC), is also reduced. Exploring the basis for the reduced SLC expression led to identification of further disruptions in T zone stromal cells. Together these findings indicate that LTalpha1beta2 and TNF are required for the development and function of B and T zone stromal cells that make chemokines necessary for lymphocyte compartmentalization in the spleen.

T cell dysfunction contributes to tumor immune escape in patients with cancer and is particularly severe amidst glioblastoma (GBM). Among other defects, T cell lymphopenia is characteristic, yet often attributed to treatment. We reveal that even treatment-naïve subjects and mice with GBM can harbor AIDS-level CD4 counts, as well as contracted, T cell–deficient lymphoid organs. Missing naïve T cells are instead found sequestered in large numbers in the bone marrow. This phenomenon characterizes not only GBM but a variety of other cancers, although only when tumors are introduced into the intracranial compartment. T cell sequestration is accompanied by tumor-imposed loss of S1P1 from the T cell surface and is reversible upon precluding S1P1 internalization. In murine models of GBM, hindering S1P1 internalization and reversing sequestration licenses T cell–activating therapies that were previously ineffective. Sequestration of T cells in bone marrow is therefore a tumor-adaptive mode of T cell dysfunction, whose reversal may constitute a promising immunotherapeutic adjunct. Patients with glioblastoma experience lymphopenia and sequestration of T cells in the bone marrow, which is recapitulated in mice with brain tumors, where the reversible nature of this effect is demonstrated by an approach that enables the efficacy of other immunotherapeutics.

A clinical trial in patients with glioblastoma shows increased immune and anti-tumour responses to dendritic cell vaccination after pre-conditioning the site of vaccination with tetanus toxoid (Td); similar results are also seen in mice in part due to the actions of the chemokine CCL3, and the findings may represent new ways to improve the efficacy of anti-cancer vaccines. John Sampson and colleagues report on a small clinical trial in glioblastoma patients that shows that the immune and anti-tumour response to dendritic cell vaccination is increased by pre-conditioning the site of vaccination with tetanus/diptheria toxoid (Td). Experiments in mice showed similar effects and demonstrated that pre-conditioning with Td enhanced migration of dendritic cells to the tumours, at least in part due to the action of the cytokine CCL3. Although the clinical trial reported is small, these findings may pave the way for new ways of improving the efficacy of anti-cancer vaccines. After stimulation, dendritic cells (DCs) mature and migrate to draining lymph nodes to induce immune responses1. As such, autologous DCs generated ex vivo have been pulsed with tumour antigens and injected back into patients as immunotherapy. While DC vaccines have shown limited promise in the treatment of patients with advanced cancers2,3,4 including glioblastoma5,6,7, the factors dictating DC vaccine efficacy remain poorly understood. Here we show that pre-conditioning the vaccine site with a potent recall antigen such as tetanus/diphtheria (Td) toxoid can significantly improve the lymph node homing and efficacy of tumour-antigen-specific DCs. To assess the effect of vaccine site pre-conditioning in humans, we randomized patients with glioblastoma to pre-conditioning with either mature DCs8 or Td unilaterally before bilateral vaccination with DCs pulsed with Cytomegalovirus phosphoprotein 65 (pp65) RNA. We and other laboratories have shown that pp65 is expressed in more than 90% of glioblastoma specimens but not in surrounding normal brain9,10,11,12, providing an unparalleled opportunity to subvert this viral protein as a tumour-specific target. Patients given Td had enhanced DC migration bilaterally and significantly improved survival. In mice, Td pre-conditioning also enhanced bilateral DC migration and suppressed tumour growth in a manner dependent on the chemokine CCL3. Our clinical studies and corroborating investigations in mice suggest that pre-conditioning with a potent recall antigen may represent a viable strategy to improve anti-tumour immunotherapy.

Abstract Infection with pathogenic influenza virus induces severe pulmonary immune pathology, but the specific cell types that cause this have not been determined. We characterized inflammatory cell types in mice that overexpress MCP-1 (CCL2) in the lungs, then examined those cells during influenza infection of wild-type (WT) mice. Lungs of both naive surfactant protein C-MCP mice and influenza-infected WT mice contain increased numbers of CCR2+ monocytes, monocyte-derived DC (moDC), and exudate macrophages (exMACs). Adoptively transferred Gr-1+ monocytes give rise to both moDC and exMACs in influenza-infected lungs. MoDC, the most common inflammatory cell type in infected lungs, induce robust naive T cell proliferation and produce NO synthase 2 (NOS2), whereas exMACs produce high levels of TNF-α and NOS2 and stimulate the proliferation of memory T cells. Relative to WT mice, influenza-infected CCR2-deficient mice display marked reductions in the accumulation of monocyte-derived inflammatory cells, cells producing NOS2, the expression of costimulatory molecules, markers of lung injury, weight loss, and mortality. We conclude that CCR2+ monocyte-derived cells are the predominant cause of immune pathology during influenza infection and that such pathology is markedly abrogated in the absence of CCR2.

T cell homing to peripheral lymph nodes (PLNs) is defined by a multistep sequence of interactions between lymphocytes and endothelial cells in high endothelial venules (HEVs). After initial tethering and rolling via L-selectin, firm adhesion of T cells requires rapid upregulation of lymphocyte function–associated antigen 1 (LFA-1) adhesiveness by a previously unknown pathway that activates a Gαi-linked receptor. Here, we used intravital microscopy of murine PLNs to study the role of thymus-derived chemotactic agent (TCA)-4 (secondary lymphoid tissue chemokine, 6Ckine, Exodus-2) in homing of adoptively transferred T cells from T-GFP mice, a transgenic strain that expresses green fluorescent protein (GFP) selectively in naive T lymphocytes (TGFP cells). TCA-4 was constitutively presented on the luminal surface of HEVs, where it was required for LFA-1 activation on rolling TGFP cells. Desensitization of the TCA-4 receptor, CC chemokine receptor 7 (CCR7), blocked TGFP cell adherence in wild-type HEVs, whereas desensitization to stromal cell–derived factor (SDF)-1α (the ligand for CXC chemokine receptor 4 [CXCR4]) did not affect TGFP cell behavior. TCA-4 protein was not detected on the luminal surface of PLN HEVs in plt/plt mice, which have a congenital defect in T cell homing to PLNs. Accordingly, TGFP cells rolled but did not arrest in plt/plt HEVs. When TCA-4 was injected intracutaneously into plt/plt mice, the chemokine entered afferent lymph vessels and accumulated in draining PLNs. 2 h after intracutaneous injection, luminal presentation of TCA-4 was detectable in a subset of HEVs, and LFA-1–mediated TGFP cell adhesion was restored in these vessels. We conclude that TCA-4 is both required and sufficient for LFA-1 activation on rolling T cells in PLN HEVs. This study also highlights a hitherto undocumented role for chemokines contained in afferent lymph, which may modulate leukocyte recruitment in draining PLNs.

Flow cytometry is used extensively to examine immune cells in non-lymphoid tissues. However, a method of flow cytometric analysis that is both comprehensive and widely applicable has not been described. We developed a protocol for the flow cytometric analysis of non-lymphoid tissues, including methods of tissue preparation, a 10-fluorochrome panel for cell staining, and a standardized gating strategy, that allows the simultaneous identification and quantification of all major immune cell types in a variety of normal and inflamed non-lymphoid tissues. We demonstrate that our basic protocol minimizes cell loss, reliably distinguishes macrophages from dendritic cells (DC), and identifies all major granulocytic and mononuclear phagocytic cell types. This protocol is able to accurately quantify 11 distinct immune cell types, including T cells, B cells, NK cells, neutrophils, eosinophils, inflammatory monocytes, resident monocytes, alveolar macrophages, resident/interstitial macrophages, CD11b- DC, and CD11b+ DC, in normal lung, heart, liver, kidney, intestine, skin, eyes, and mammary gland. We also characterized the expression patterns of several commonly used myeloid and macrophage markers. This basic protocol can be expanded to identify additional cell types such as mast cells, basophils, and plasmacytoid DC, or perform detailed phenotyping of specific cell types. In examining models of primary and metastatic mammary tumors, this protocol allowed the identification of several distinct tumor associated macrophage phenotypes, the appearance of which was highly specific to individual tumor cell lines. This protocol provides a valuable tool to examine immune cell repertoires and follow immune responses in a wide variety of tissues and experimental conditions.