Transcription factors define tissue T cells The immune system fights microbial invaders by maintaining multiple lines of defense. For instance, specialized memory T cells [resident memory T cells (T rms )] colonize portals of pathogen entry, such as the skin, lung, and gut, to quickly halt reinfections. Mackay et al. now report that in mice, T rms as well as other tissue-dwelling lymphocyte populations such as natural killer cells share a common transcriptional program driven by the related transcription factors Hobit and Blimp1. Tissue residency and retention of lymphocytes require expression of Hobit and Blimp1, which, among other functions, suppress genes that promote tissue exit. Science , this issue p. 459

Tissue-resident memory T (Trm) cells contribute to local immune protection in non-lymphoid tissues such as skin and mucosa, but little is known about their transcriptional regulation. Here we showed that CD8(+)CD103(+) Trm cells, independent of circulating memory T cells, were sufficient for protection against infection and described molecular elements that were crucial for their development in skin and lung. We demonstrated that the T-box transcription factors (TFs) Eomes and T-bet combined to control CD8(+)CD103(+) Trm cell formation, such that their coordinate downregulation was crucial for TGF-β cytokine signaling. TGF-β signaling, in turn, resulted in reciprocal T-box TF downregulation. However, whereas extinguishment of Eomes was necessary for CD8(+)CD103(+) Trm cell development, residual T-bet expression maintained cell surface interleukin-15 (IL-15) receptor β-chain (CD122) expression and thus IL-15 responsiveness. These findings indicate that the T-box TFs control the two cytokines, TGF-β and IL-15, which are pivotal for CD8(+)CD103(+) Trm cell development and survival.

Abstract Tissue-resident memory T cells provide local immune protection in barrier tissues, such as skin and mucosa. However, the molecular mechanisms controlling effector T cell retention and subsequent memory formation in those locations are not fully understood. In this study, we analyzed the role of CD69, an early leukocyte activation marker, in regulating effector T cell egress from peripheral tissues. We provide evidence that CD69 surface expression by skin-infiltrating CD8 T cells can be regulated at multiple levels, including local Ag stimulation and signaling through type I IFNRs, and it coincides with the transcriptional downregulation of the sphingosine-1-phosphate receptor S1P1. Importantly, we demonstrate that expression of CD69, by interfering with sphingosine-1-phosphate receptor function, is a critical determinant of prolonged T cell retention and local memory formation. Our results define an important step in the generation of long-lived adaptive immune memory at body surfaces.

In recent years, various intervention strategies have reduced malaria morbidity and mortality, but further improvements probably depend upon development of a broadly protective vaccine. To better understand immune requirement for protection, we examined liver-stage immunity after vaccination with irradiated sporozoites, an effective though logistically difficult vaccine. We identified a population of memory CD8+ T cells that expressed the gene signature of tissue-resident memory T (Trm) cells and remained permanently within the liver, where they patrolled the sinusoids. Exploring the requirements for liver Trm cell induction, we showed that by combining dendritic cell-targeted priming with liver inflammation and antigen recognition on hepatocytes, high frequencies of Trm cells could be induced and these cells were essential for protection against malaria sporozoite challenge. Our study highlights the immune potential of liver Trm cells and provides approaches for their selective transfer, expansion, or depletion, which may be harnessed to control liver infections or autoimmunity.

Significance Tissue-resident memory T cells (T RM ) form in the skin where they are retained and can protect against subsequent infection. Using a combination of intravital imaging and mathematical modeling of skin T RM that form after cutaneous herpes simplex virus 1 infection, we reveal that these memory T cells persist at the site of infection for the life of a mouse owing to slow random migration. We also report that T RM compete with dendritic epidermal γδ T cells in skin for local survival signals, suggesting that T cells compete for space within an epidermal niche.

According to in vitro assays, T cells are thought to kill rapidly and efficiently, but the efficacy and dynamics of cytotoxic T lymphocyte (CTL)-mediated killing of virus-infected cells in vivo remains elusive. We used two-photon microscopy to quantify CTL-mediated killing in mice infected with herpesviruses or poxviruses. On average, one CTL killed 2–16 virus-infected cells per day as determined by real-time imaging and by mathematical modeling. In contrast, upon virus-induced MHC class I downmodulation, CTLs failed to destroy their targets. During killing, CTLs remained migratory and formed motile kinapses rather than static synapses with targets. Viruses encoding the calcium sensor GCaMP6s revealed strong heterogeneity in individual CTL functional capacity. Furthermore, the probability of death of infected cells increased for those contacted by more than two CTLs, indicative of CTL cooperation. Thus, direct visualization of CTLs during killing of virus-infected cells reveals crucial parameters of CD8+ T cell immunity.

Abstract While direct allorecognition underpins both solid organ allograft rejection and tolerance induction, the specific molecular targets of most directly-alloreactive CD8 + T cells have not been defined. In this study, we used a combination of genetically-engineered MHC class I (MHC I) constructs, mice with a hepatocyte-specific mutation in the class I antigen-presentation pathway and immunopeptidomic analysis to provide definitive evidence for the contribution of the peptide cargo of allogeneic MHC I molecules to transplant tolerance induction. We established a systematic approach for the discovery of directly-recognised pMHC epitopes, and identified 17 strongly immunogenic H-2K b -associated peptides recognised by CD8 + T cells from B10.BR (H-2 k ) mice, 13 of which were also recognised by BALB/c (H-2 d ) mice. As few as five different tetramers used together were able to identify a high proportion of alloreactive T cells within a polyclonal population, suggesting that there are immunodominant allogeneic MHC-peptide complexes that can account for a large component of the alloresponse.

Abstract The generation of bone marrow-derived dendritic cells is a widely used approach in immunological research to study antigen processing and presentation as well as T cell activation responses. However, the initial step of isolating the bone marrow can be time-consuming, especially when larger numbers of precursor cells are required. Here, we assessed whether an accelerated bone marrow isolation method using centrifugation is suitable for the differentiation of FMS-like tyrosine kinase 3 ligand-driven dendritic cells. Compared to the conventional flushing method, the centrifugation-based isolation method resulted in a similar bone marrow cell yield on day 0, increased cell numbers by day 8, similar proportions of dendritic cell subsets, and consequently a higher number of type 1 conventional dendritic cells (cDC1) from the culture. Although the primary purpose of the method optimization was to improve experimental efficiency and increase the output of cDC1s, the protocol is also compatible with the differentiation of other dendritic cell subsets such as cDC2 and plasmacytoid dendritic cells, with an improved output cell count and a consistent phenotype.