Neutrophils are key effector cells of the innate immune response and are required to migrate and function within adverse microenvironmental conditions. These inflammatory sites are characterized by low levels of oxygen and glucose and high levels of reductive metabolites. A major regulator of neutrophil functional longevity is the ability of these cells to undergo apoptosis. We examined the mechanism by which hypoxia causes an inhibition of neutrophil apoptosis in human and murine neutrophils. We show that neutrophils possess the hypoxia-inducible factor (HIF)-1α and factor inhibiting HIF (FIH) hydroxylase oxygen-sensing pathway and using HIF-1α–deficient myeloid cells demonstrate that HIF-1α is directly involved in regulating neutrophil survival in hypoxia. Gene array, TaqMan PCR, Western blotting, and oligonucleotide binding assays identify NF-κB as a novel hypoxia-regulated and HIF-dependent target, with inhibition of NF-κB by gliotoxin or parthenolide resulting in the abrogation of hypoxic survival. In addition, we identify macrophage inflammatory protein-1β as a novel hypoxia-induced neutrophil survival factor.

Answers from Exomes Exome sequencing, which targets only the protein-coding regions of the genome, has the potential to identify the underlying genetic causes of rare inherited diseases. Angulo et al. (p. 866 , published online 17 October; see Perspective by Conley and Fruman ) performed exome sequencing of individuals from seven unrelated families with severe, recurrent respiratory infections. The patients carried the same mutation in the gene coding for the catalytic subunit of phosphoinositide 3-kinase δ (PI3Kδ). The mutation caused aberrant activation of this kinase, which plays a key role in immune cell signaling. Drugs inhibiting PI3Kδ are already in clinical trials for other disorders.

Activated phosphoinositide 3-kinase δ syndrome (APDS) is a recently described combined immunodeficiency resulting from gain-of-function mutations in PIK3CD, the gene encoding the catalytic subunit of phosphoinositide 3-kinase δ (PI3Kδ).

ABSTRACT Rationale Pulmonary endothelial permeability contributes to the high-permeability pulmonary edema that characterizes acute respiratory distress syndrome (ARDS), which carries a high mortality. Circulating bone morphogeneic protein 9 (BMP9) is emerging as an important regulator of pulmonary vascular homeostasis. Objective To determine whether endogenous BMP9 plays a role in preserving pulmonary endothelial integrity, and whether loss of endogenous BMP9 occurs during lipopolysacharride (LPS)-induced lung inflammation and permeability. Methods A BMP9-neutralizing antibody was administrated to healthy adult mice and lung vasculature was examined. Potential mechanisms were delineated by transcript analysis in human primary lung endothelial cells. Impact of BMP9 was evaluated in a murine acute lung injury model induced by inhaled LPS. Levels of BMP9 were measured in plasma from patients with sepsis and endotoxemic mice. Main Results Subacute neutralization of endogenous BMP9 in mice resulted in increased lung vascular permeability, interstitial edema and neutrophil extravasation. In lung endothelial cells, BMP9 regulated a programme of gene expression and pathways controlling vascular permeability and cell membrane integrity. Augmentation of BMP9 signalling in mice with exogenous BMP9 prevented inhaled LPS-caused lung injury and edema. In endotoxemic mice, endogenous BMP9 levels were markedly reduced, due to a transient reduction in hepatic BMP9 mRNA expression and increased elastase activity in plasma. In human sepsis patients, circulating levels of BMP9 were also markedly reduced. Conclusions Endogenous circulating BMP9 is a pulmonary endothelial protective factor, down-regulated during inflammation. Supplementation with exogenous BMP9 offers a potential therapy to prevent increased pulmonary endothelial permeability in the setting of lung injury. Short summary Scientific Knowledge on the Subject Increased pulmonary endothelial permeability is a major factor in the development of acute respiratory distress syndrome (ARDS). Evidence is emerging that circulating BMP9, secreted from the liver, might protect the pulmonary endothelium from injury. For example, loss of BMP9 levels or signalling receptor contributes to the development of pulmonary arterial hypertension. The role of endogenous BMP9 in endothelial permeability remains unclear. What This Study Adds to the Field Here we show that subacute neutralization of endogenous BMP9 leads to lung vascular injury, including enhanced permeability and neutrophil extravasation. BMP9 levels were markedly reduced in the setting of inflammation in mice and humans. Conversely, exogenous supplementation of BMP9 protected the lung from LPS-induced injury. This study suggests that exogenous BMP9 could offer a novel approach to prevent increased pulmonary endothelial permeability in the setting of lung injury and ARDS.

Streptococcus pneumoniae is a major cause of pneumonia and a leading cause of death world-wide. Antibody-mediated immune responses can offer protection against repeated exposure to S. pneumoniae, yet vaccines only offer partial protection. Patients with Activated PI3Kδ Syndrome (APDS) are highly susceptible to S. pneumoniae. We generated a conditional knockin mouse model of this disease and identified a CD19+B220- B cell subset that is induced by PI3Kδ signaling, is resident in the lungs, and which promotes increased susceptibility to S. pneumoniae during the early phase of infection via an antibody-independent mechanism. We show that an inhaled PI3Kδ inhibitor improves survival rates following S. pneumoniae infection in wild-type mice and in mice with activated PI3Kδ. These results suggest that a subset of B cells in the lung can promote the severity of S. pneumoniae infection, representing a novel therapeutic target.

Candida spp. cause 750,000 cases per annum of invasive disease worldwide, with up to a 50% mortality rate. Poor efficacy of current antifungals, lack of vaccines and rising antifungal resistance rates point towards an urgent need to develop new therapies. Candida albicans is a human commensal fungus that can cause life-threatening invasive infection in immunocompromised individuals. C. albicans is able to manipulate host macrophages and neutrophils to escape phagosomal killing and has previously been shown to suppress reactive nitrogen species (RNS) production in vitro. However, the effects of C. albicans on RNS in vivo and the molecular and cellular mechanisms involved remain unclear. Using a zebrafish model, we aimed to characterise RNS suppression by C. albicans in vivo. We demonstrate that C. albicans suppressed neutrophil RNS both proximally and distally to the infection site in a partially active process, with heat-killed C. albicans not reducing RNS to the same extent as live fungi. Using a delta-car1 mutant, we show that fungal arginase is partially responsible for the reduction in neutrophil RNS. Stabilisation of Hif-1alpha, a transcription factor with a key role in immune regulation, rescued neutrophil RNS production during C. albicans infection, leading to improved infection outcomes. The protective effect of Hif-1alpha stabilisation was neutrophil- and nitric oxide synthase-dependent. Together, these data demonstrate that Hif-1alpha stabilisation can restore the neutrophil RNS response in C. albicans infection, leading to improved infection outcomes, highlighting the potential of targeting Hif-1alpha and RNS in host directed therapies against fungal infections.

Summary Class I PI3kinases coordinate the delivery of microbicidal effectors to the phagosome by forming the phosphoinositide lipid second messenger, phosphatidylinositol (3, 4, 5)-trisphosphate (PIP3). However, the dynamics of PIP3 in neutrophils during a bacterial infection are unknown. We have therefore developed an in vivo, live zebrafish infection model that enables visualisation of dynamic changes in Class 1 PI3kinases (PI3K) signalling on neutrophil phagosomes in real-time. We have identified that on approximately 12% of neutrophil phagosomes PHAkt-eGFP, a reporter for Class 1 PI3K signalling, re-recruits in pulsatile bursts. This phenomenon occurred on phagosomes containing structurally and morphologically distinct prey, including Staphylococcus aureus and Mycobacterium abscessus , and was dependent on the activity of the Class 1 PI3K isoform, PI3kinase γ. Detailed imaging suggested that ‘pulsing phagosomes’ represent neutrophils transiently reopening and reclosing phagosomes. This finding challenges the concept that phagosomes remain closed after prey engulfment and we propose that neutrophils occasionally use this alternative pathway of phagosome maturation to release phagosome contents and/or to restart phagosome maturation if digestion has stalled.

Immunometabolism and regulation of mitochondrial reactive oxygen species (mROS) control the immune effector phenotype of differentiated macrophages. Mitochondrial function requires dynamic fission and fusion, but whether effector function is coupled to altered dynamics during bacterial responses is unknown. We show that macrophage mitochondria undergo fission after 12 h of progressive ingestion of live Streptococcus pneumoniae (pneumococci), without evidence of Drp-1 phosphorylation at S616. Fission is associated with progressive reduction in oxidative phosphorylation but increased mROS generation. Fission is enhanced by mROS production, PI3Kγ signaling and by cathepsin B, but is independent of inflammasome activation or IL-1β generation. Inhibition of fission reduces bacterial killing. Fission is associated with Parkin recruitment to mitochondria, but not mitophagy. Fission occurs upstream of apoptosis induction and independently of caspase activation. During macrophage innate responses to bacteria mitochondria shift from oxidative phosphorylation and ATP generation to mROS production for microbicidal responses by undergoing fission.