Ischemic stroke leads to significant morbidity and mortality in the Western world. Early reperfusion strategies remain the treatment of choice but can initiate and augment an inflammatory response causing secondary brain damage. The understanding of postischemic inflammation is very limited. The objectives of this study were to define the temporal and spatial infiltration of immune cell populations and their activation patterns in a murine cerebral ischemia-reperfusion injury model.Transient middle cerebral artery occlusion was induced for 1 hour followed by 12-hour to 7-day reperfusion in C57/BL6 mice. Immunohistochemistry and flow cytometry were used to quantify the infiltrating immune cell subsets.Accumulation of microglia and infiltration of the ischemic hemisphere by macrophages, lymphocytes, and dendritic cells (DCs) preceded the neutrophilic influx. DCs were found to increase 20-fold and constituted a substantial proportion of infiltrating cells. DCs exhibited a significant upregulation of major histocompatibility complex II and major histocompatibility complex II high-expressing DCs were found 100 times more abundant than in sham conditions. Upregulation of the costimulatory molecule CD80 was observed in DCs and microglial cells but did not further increase in major histocompatibility complex II high-expressing DCs. No lymphocyte activation was observed. Additionally, regulatory immune cells (natural killer T-cells, CD4(-)/CD8(-)T lymphocytes) cumulated in the ischemic hemisphere.This study provides a detailed analysis of the temporal dynamics of immune cell accumulation in a rodent stroke model. The peculiar activation pattern and massive increase of antigen-presenting cells in temporal conjunction with regulatory cells might provide additional insight into poststroke immune regulation.

Multiple sclerosis is a T cell-mediated demyelinating disease of the central nervous system. Interleukin-17-producing T helper cells, named Th17 cells, represent a novel CD4+ T cell effector subset involved in the response against extracellular pathogens. In addition, Th17 cells are pathogenic in several animal models of autoimmune disease, including the animal model for multiple sclerosis, but their function in multiple sclerosis remains to be elucidated. In this study, we analysed the frequency and the phenotype of Th17 cells in the cerebrospinal fluid and peripheral blood of multiple sclerosis patients. We show that the frequency of Th17 cells is significantly higher in the cerebrospinal fluid of patients with relapsing-remitting multiple sclerosis during relapse, in comparison to relapsing-remitting patients in remission or to patients with other non-inflammatory neurological diseases. Similarly, in patients with clinically isolated syndrome during their first neurological episode, Th17 cells are more abundant than in clinically isolated syndrome patients with no acute symptoms. Patients with inflammatory neurological diseases other than multiple sclerosis also showed increased frequency of Th17 cells compared to patients with no inflammatory diseases. To assess a potential pathological impact of Th17 cells in disease, we generated T cell clones from the cerebrospinal fluid and peripheral blood of patients with multiple sclerosis. We found that Th17 clones expressed higher basal levels of the activation markers CD5, CD69, CD2 and human leukocyte antigen-DR as well as of the CD28-related family of co-stimulatory molecules, when compared to Th1 clones, and confirmed these findings with ex vivo human T cells. Molecules involved in T cell adhesion to endothelium, such as CD49d, CD6 and the melanoma cell adhesion molecule, were also more abundant on the Th17 than on the Th1 cells. Furthermore, functional assays showed that Th17 clones were more prone than Th1 clones to melanoma cell adhesion molecule-mediated adhesion to endothelial cells, and that Th17 cells had a higher proliferative capacity and were less susceptible to suppression than Th1 cells. Altogether our data suggest that Th17 cells display a high pathogenic potential and may constitute a relevant pathogenic subset in multiple sclerosis.

Abstract The devastating effect of ischemic stroke is attenuated in mice lacking conventional and unconventional T cells, suggesting that inflammation enhances tissue damage in cerebral ischemia. We explored the functional role of αβ and γδ T cells in a murine model of stroke and distinguished 2 different T cell–dependent proinflammatory pathways in ischemia-reperfusion injury. IFN-γ produced by CD4+ T cells induced TNF-α production in macrophages, whereas IL-17A secreted by γδ T cells led to neutrophil recruitment. The synergistic effect of TNF-α and IL-17A on astrocytes resulted in enhanced secretion of CXCL-1, a neutrophil chemoattractant. Application of an IL-17A–blocking antibody within 3 hours after stroke induction decreased infarct size and improved neurologic outcome in the murine model. In autoptic brain tissue of patients who had a stroke, we detected IL-17A–positive lymphocytes, suggesting that this aspect of the inflammatory cascade is also relevant in the human brain. We propose that selective targeting of IL-17A signaling might provide a new therapeutic option for the treatment of stroke.

Abstract Mesenchymal stem cells (MSC) display unique suppressive properties on T-cell immunity, thus representing an attractive vehicle for the treatment of conditions associated with harmful T-cell responses such as organ-specific autoimmunity and graft-versus-host disease. Toll-like receptors (TLR) are primarily expressed on antigen-presenting cells and recognize conserved pathogen-derived components. Ligation of TLR activates multiple innate and adaptive immune response pathways to eliminate and protect against invading pathogens. In this work, we show that TLR expressed on human bone marrow-derived MSC enhanced the immunosuppressive phenotype of MSC. Immunosuppression mediated by TLR was dependent on the production of immunosuppressive kynurenines by the tryptophan-degrading enzyme indoleamine-2,3-dioxygenase-1 (IDO1). Induction of IDO1 by TLR involved an autocrine interferon (IFN)-β signaling loop, which was dependent on protein kinase R (PKR), but independent of IFN-γ. These data define a new role for TLR in MSC immunobiology, which is to augment the immunosuppressive properties of MSC in the absence of IFN-γ rather than inducing proinflammatory immune response pathways. PKR and IFN-β play a central, previously unidentified role in orchestrating the production of immunosuppressive kynurenines by MSC. Disclosure of potential conflicts of interest is found at the end of this article.

BCL11B is a Cys2-His2 zinc-finger (C2H2-ZnF) domain-containing, DNA-binding, transcription factor with established roles in the development of various organs and tissues, primarily the immune and nervous systems. BCL11B germline variants have been associated with a variety of developmental syndromes. However, genotype-phenotype correlations along with pathophysiologic mechanisms of selected variants mostly remain elusive. To dissect these, we performed genotype-phenotype correlations of 92 affected individuals harboring a pathogenic or likely pathogenic BCL11B variant, followed by immune phenotyping, analysis of chromatin immunoprecipitation DNA-sequencing data, dual-luciferase reporter assays, and molecular modeling. These integrative analyses enabled us to define three clinical subtypes of BCL11B-related disorders. It is likely that gene-disruptive BCL11B variants and missense variants affecting zinc-binding cysteine and histidine residues cause mild to moderate neurodevelopmental delay with increased propensity for behavioral and dental anomalies, allergies and asthma, and reduced type 2 innate lymphoid cells. Missense variants within C2H2-ZnF DNA-contacting α helices cause highly variable clinical presentations ranging from multisystem anomalies with demise in the first years of life to late-onset, hyperkinetic movement disorder with poor fine motor skills. Those not in direct DNA contact cause a milder phenotype through reduced, target-specific transcriptional activity. However, missense variants affecting C2H2-ZnFs, DNA binding, and "specificity residues" impair BCL11B transcriptional activity in a target-specific, dominant-negative manner along with aberrant regulation of alternative DNA targets, resulting in more severe and unpredictable clinical outcomes. Taken together, we suggest that the phenotypic severity and variability is largely dependent on the DNA-binding affinity and specificity of altered BCL11B proteins.

Abstract Proteolytic cell surface release (‘shedding’) of the prion protein (PrP), a broadly expressed GPI-anchored glycoprotein, by the metalloprotease ADAM10 impacts on neurodegenerative and other diseases in animal and in vitro models. Recent studies employing the latter also suggest shed PrP (sPrP) to be a ligand in intercellular communication and critically involved in PrP-associated physiological tasks. Although expectedly an evolutionary conserved event, and while soluble forms of PrP are present in human tissues and body fluids, for the human body neither proteolytic PrP shedding and its cleavage site nor involvement of ADAM10 or the biological relevance of this process have been demonstrated thus far. In this study, cleavage site prediction and generation (plus detailed characterization) of sPrP-specific antibodies enabled us to identify PrP cleaved at tyrosin 226 as the physiological and apparently strictly ADAM10-dependent shed form in humans. Using cell lines, neural stem cells and brain organoids, we show that shedding of human PrP can be stimulated by PrP-binding ligands without targeting the protease, which may open novel therapeutic perspectives. Site-specific antibodies directed against human sPrP also detect the shed form in brains of cattle, sheep and deer, hence in all most relevant species naturally affected by fatal and transmissible prion diseases. In human and animal prion diseases, but also in patients with Alzheimer`s disease, sPrP relocalizes from a physiological diffuse tissue pattern to intimately associate with extracellular aggregated deposits of misfolded proteins characteristic for the respective pathological condition. Findings and research tools presented here will accelerate novel insight into the roles of PrP shedding (as a process) and sPrP (as a released factor) in neurodegeneration and beyond.

Abstract Background Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths worldwide, with brain metastasis (BM) occurring in 40% of advanced non-small cell lung cancer (NSCLC) patients. In 15% of these patients, the brain is the only affected organ (oligo-metastasis), corresponding to improved prognosis compared to widespread disease. Thus far, it is unknown if the metastatic dissemination to the brain without systemic metastases is a consequence of the immune system’s ability to control systemic tumor outgrowth. Methods Here, we investigated the local and peripheral immune cell composition in NSCLC BM patients, and identified new immune patterns related to the occurrence of brain metastases either as oligo- or poly-metastatic disease. Results The multi-parametric immune phenotyping of peripheral blood revealed a downregulation of KLRG1 in CD8 + T-cells and an increase in CD4 + T H 17 cells and elevated IL-17 levels in the blood of all NSCLC BM patients compared to healthy individuals. In addition, BM patients CD4 + T cells showed less CD73 expression with reduced effector memory differentiation. Furthermore, we observed less intra-tumoral infiltration in tumor tissues and a distinctive CD4+ T-cell profile in oligo-synchronous BM, both in the tumor microenvironment and peripheral blood compared to poly-metastatic BM patients. Moreover, 5′-ectonucleotidase CD73 was significantly upregulated in CD4 and T-regulatory cells of oligo-synchronous BM. Conclusions These results indicate that oligo-synchronous BM exhibits a more pronounced alteration in the CD4 T-cell immune profile both locally at the tumor site and systemically. Key Points BM patients exhibit a skewed systemic immune profile, characterized by downregulation of KLRG1 in CD8 + and induction of T H 17/IL-17 axis and CD73 in CD4 + T-cells. Oligo-synchronous BM displayed a distinct CD4 + T-cell profile in both TME and peripheral blood. Importance of the Study This study presents a novel insight into immune profiles of brain metastasis types in NSCLC patients. Examining tissues and PBMCs sheds light on the disease and uncovers unique immune responses within distinct brain metastasis patterns. This research offers valuable knowledge for improved understanding and identifying potential prognosis markers.

Abstract Proteolytic cell surface release (‘shedding’) of the prion protein (PrP), a broadly expressed GPI-anchored glycoprotein, by the metalloprotease ADAM10 impacts on neurodegenerative and other diseases in animal and in vitro models. Recent studies employing the latter also suggest shed PrP (sPrP) to be a ligand in intercellular communication and critically involved in PrP-associated physiological tasks. Although expectedly an evolutionary conserved event, and while soluble forms of PrP are present in human tissues and body fluids, neither proteolytic PrP shedding and its cleavage site nor involvement of ADAM10 or the biological relevance of this process have been demonstrated for the human body thus far. In this study, cleavage site prediction and generation (plus detailed characterization) of sPrP-specific antibodies enabled us to identify PrP cleaved at tyrosin 226 as the physiological and strictly ADAM10-dependent shed form in humans. Using cell lines, neural stem cells and brain organoids, we show that shedding of human PrP can be stimulated by PrP-binding ligands without targeting the protease, which may open novel therapeutic perspectives. Site-specific antibodies directed against human sPrP also detect the shed form in brains of cattle, sheep and deer, hence in all most relevant species naturally affected by fatal and transmissible prion diseases. In human and animal prion diseases, but also in patients with Alzheimer’s disease, sPrP relocalizes from a physiological diffuse tissue pattern to intimately associate with extracellular aggregates of misfolded proteins characteristic for the respective pathological condition. Findings and research tools presented here will accelerate novel insight into the roles of PrP shedding (as a process) and sPrP (as a released factor) in neurodegeneration and beyond.