B lymphocytes have critical roles as positive and negative regulators of immunity. Their inhibitory function has been associated primarily with interleukin 10 (IL-10) because B-cell-derived IL-10 can protect against autoimmune disease and increase susceptibility to pathogens. Here we identify IL-35-producing B cells as key players in the negative regulation of immunity. Mice in which only B cells did not express IL-35 lost their ability to recover from the T-cell-mediated demyelinating autoimmune disease experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). In contrast, these mice displayed a markedly improved resistance to infection with the intracellular bacterial pathogen Salmonella enterica serovar Typhimurium as shown by their superior containment of the bacterial growth and their prolonged survival after primary infection, and upon secondary challenge, compared to control mice. The increased immunity found in mice lacking IL-35 production by B cells was associated with a higher activation of macrophages and inflammatory T cells, as well as an increased function of B cells as antigen-presenting cells (APCs). During Salmonella infection, IL-35- and IL-10-producing B cells corresponded to two largely distinct sets of surface-IgM(+)CD138(hi)TACI(+)CXCR4(+)CD1d(int)Tim1(int) plasma cells expressing the transcription factor Blimp1 (also known as Prdm1). During EAE, CD138(+) plasma cells were also the main source of B-cell-derived IL-35 and IL-10. Collectively, our data show the importance of IL-35-producing B cells in regulation of immunity and highlight IL-35 production by B cells as a potential therapeutic target for autoimmune and infectious diseases. This study reveals the central role of activated B cells, particularly plasma cells, and their production of cytokines in the regulation of immune responses in health and disease.

Background Identification of blood biomarkers that prospectively predict progression of Mycobacterium tuberculosis infection to tuberculosis disease might lead to interventions that combat the tuberculosis epidemic. We aimed to assess whether global gene expression measured in whole blood of healthy people allowed identification of prospective signatures of risk of active tuberculosis disease. Methods In this prospective cohort study, we followed up healthy, South African adolescents aged 12–18 years from the adolescent cohort study (ACS) who were infected with M tuberculosis for 2 years. We collected blood samples from study participants every 6 months and monitored the adolescents for progression to tuberculosis disease. A prospective signature of risk was derived from whole blood RNA sequencing data by comparing participants who developed active tuberculosis disease (progressors) with those who remained healthy (matched controls). After adaptation to multiplex quantitative real-time PCR (qRT-PCR), the signature was used to predict tuberculosis disease in untouched adolescent samples and in samples from independent cohorts of South African and Gambian adult progressors and controls. Participants of the independent cohorts were household contacts of adults with active pulmonary tuberculosis disease. Findings Between July 6, 2005, and April 23, 2007, we enrolled 6363 participants from the ACS study and 4466 from independent South African and Gambian cohorts. 46 progressors and 107 matched controls were identified in the ACS cohort. A 16 gene signature of risk was identified. The signature predicted tuberculosis progression with a sensitivity of 66·1% (95% CI 63·2–68·9) and a specificity of 80·6% (79·2–82·0) in the 12 months preceding tuberculosis diagnosis. The risk signature was validated in an untouched group of adolescents (p=0·018 for RNA sequencing and p=0·0095 for qRT-PCR) and in the independent South African and Gambian cohorts (p values <0·0001 by qRT-PCR) with a sensitivity of 53·7% (42·6–64·3) and a specificity of 82·8% (76·7–86) in the 12 months preceding tuberculosis. Interpretation The whole blood tuberculosis risk signature prospectively identified people at risk of developing active tuberculosis, opening the possibility for targeted intervention to prevent the disease. Funding Bill & Melinda Gates Foundation, the National Institutes of Health, Aeras, the European Union, and the South African Medical Research Council.

The tuberculosis vaccine Mycobacterium bovis bacille Calmette-Guérin (BCG) was equipped with the membrane-perforating listeriolysin (Hly) of Listeria monocytogenes, which was shown to improve protection against Mycobacterium tuberculosis. Following aerosol challenge, the Hly-secreting recombinant BCG (hly+ rBCG) vaccine was shown to protect significantly better against aerosol infection with M. tuberculosis than did the parental BCG strain. The isogenic, urease C–deficient hly+ rBCG (ΔureC hly+ rBCG) vaccine, providing an intraphagosomal pH closer to the acidic pH optimum for Hly activity, exhibited still higher vaccine efficacy than parental BCG. ΔureC hly+ rBCG also induced profound protection against a member of the M. tuberculosis Beijing/W genotype family while parental BCG failed to do so consistently. Hly not only promoted antigen translocation into the cytoplasm but also apoptosis of infected macrophages. We concluded that superior vaccine efficacy of ΔureC hly+ rBCG as compared with parental BCG is primarily based on improved cross-priming, which causes enhanced T cell–mediated immunity.

Protective immunity against Mycobacterium tuberculosis involves major histocompatibility complex class I (MHC-I)- and CD1-restricted CD8 T cells, but the mechanisms underlying antigen delivery to antigen-presenting molecules remain enigmatic. Macrophages, the primary host cells for mycobacteria, are CD1-negative. Here we show that M. tuberculosis phagosomes are secluded from the cytosolic MHC-I processing pathway and that mycobacteria-infected cells lose their antigen-presenting capacity. We also show that mycobacteria induce apoptosis in macrophages, causing the release of apoptotic vesicles that carry mycobacterial antigens to uninfected antigen-presenting cells (APCs). Inhibition of apoptosis reduced transfer of antigens to bystander cells and activation of CD8 T cells. Uninfected dendritic cells, which engulfed extracellular vesicles, were indispensable for subsequent cross-presentation of antigens, through MHC-I and CD1b, to T cells from mycobacteria-sensitized donors. This new 'detour' pathway for presentation of antigens from a phagosome-contained pathogen shows the functional significance of infection-induced apoptosis in the activation of CD8 T cells specific for both protein and glycolipid antigens in tuberculosis.

Although the immunologic role of T cells bearing the conventional αβ T cell receptor (TCR) has been well characterized, little is known about the function of the population of T cells bearing the γδ TCR. Therefore, the role of γδ T cells in the immune response to Mycobacterium tuberculosis (MT) was investigated. The number of TCR γδ cells in the draining lymph nodes of mice immunized with MT was greatly increased in comparison with the number of TCR αβ cells. Three biochemically distinct γδ TCRs were detected. Analyses of cell cycle, of interleukin-2 receptor expression, and of interleukin-2 responsiveness showed that a large proportion of the γδ T cells were activated in vivo. TCR γδ cells responded to solubilized MT antigens in vitro but, in contrast to MT-specific αβ T cells, the response of γδ T cells to MT did not require major histocompatability complex class II recognition. These results provide an example of antigen-specific activation of γδ T cells in vivo and indicate that γδ T cells may have a distinct role in generating a primary immune response to certain microorganisms.

We have taken the first steps towards a complete reconstruction of the Mycobacterium tuberculosis regulatory network based on ChIP-Seq and combined this reconstruction with system-wide profiling of messenger RNAs, proteins, metabolites and lipids during hypoxia and re-aeration. Adaptations to hypoxia are thought to have a prominent role in M. tuberculosis pathogenesis. Using ChIP-Seq combined with expression data from the induction of the same factors, we have reconstructed a draft regulatory network based on 50 transcription factors. This network model revealed a direct interconnection between the hypoxic response, lipid catabolism, lipid anabolism and the production of cell wall lipids. As a validation of this model, in response to oxygen availability we observe substantial alterations in lipid content and changes in gene expression and metabolites in corresponding metabolic pathways. The regulatory network reveals transcription factors underlying these changes, allows us to computationally predict expression changes, and indicates that Rv0081 is a regulatory hub. Mycobacterium tuberculosis has the ability to survive within the host for months to decades in an asymptomatic state, and adaptations to hypoxia are thought to have an important role in pathogenesis; here a systems-wide reconstruction of the regulatory network provides a framework for understanding mycobacterial persistence in the host. Tuberculosis is a particularly debilitating disease, in part because of the ability of the Mycobacterium tuberculosis pathogen to persist asymptomatically in the host for many months or even decades. A ChIP-Seq genomic mapping analysis of more than 45 M. tuberculosis transcription factors, combined with expression data from the systematic overexpression of the same factors, has been used to develop a systems-wide reconstruction of the regulatory network underlying mycobacterial persistence. The network reveals links between hypoxia adaptation and lipid metabolism, both considered critical for tuberculosis pathogenesis, and the study identifies the previously unstudied transcription factor Rv0081 as a regulatory hub of the network.

Abstract Due to the dependency on aromatic precursors, the growth of Salmonella typhimurium aroA- is limited in immunocompetent mice. Here we show that H-21-A beta-/- mice (lacking MHC class II molecules and thus devoid of mature CD4+ TCR-alpha beta cells), TCR-beta-/- mice (devoid of TCR-alpha beta cells), and IFN-gamma R-/- mice (unresponsive to IFN-gamma) are highly susceptible to S. typhimurium aroA- infection compared with heterozygous controls. In contrast, beta 2m-deficient mice (lacking surface MHC class I and thus devoid of conventional CD8+ T cells) or TCR-delta-/- mice (devoid of TCR-gamma delta cells) were equally as resistant to S. typhimurium aroA- infection as their heterozygous littermates. These findings emphasize the vital role of CD4+ TCR-alpha beta cells and IFN-gamma in resistance against S. typhimurium aroA-. Sublethal inocula of S. typhimurium aroA- led to permanent infection in H-21-A beta-/- mice, suggesting that bacterial starvation is insufficient for sterile clearance in immunocompetent mice and that MHC class II-dependent immune mechanisms are required for pathogen eradication. The TCR-beta-/- mice suffered from salmonellosis more severely than the MHC class II-deficient mutants, suggesting an auxiliary function of CD8+ T cells. Recombinant S. typhimurium aroA-, secreting listeriolysin (Hly) of Listeria monocytogenes, are capable of escaping from the phagosome into the cytosol of the host cell. However, the course of infection of these recombinant S. typhimurium SL7207 Hlys and control strains did not differ in beta 2m-/- mutants. This finding argues against direct correlation of cytosolic location of S. typhimurium SL7207 Hlys with CD8+ T cell dependency of protection.

Previous studies have established the presence of high numbers of activated T lymphocytes and "aberrant" expression of major histocompatibility complex class II antigens by endothelial and smooth muscle cells in human atherosclerotic lesions, implicating the involvement of a local cellular immune response. The identity of the antigen(s) eliciting this immune response, the extent of their effect, and the atherogenic stage at which they occur remain to be determined. In the present studies, 120 normocholesterolemic New Zealand White rabbits were immunized one or more times with various antigens, with or without adjuvants. The antigens and adjuvants included human or rabbit atherosclerotic lesion proteins, ovalbumin, Freund's complete and/or incomplete adjuvants, recombinant mycobacterial heat shock protein 65 (hsp65), and two hsp-free adjuvants, Ribi complete adjuvant and lipopeptide. In addition, some groups received a high-cholesterol diet. Sixteen weeks after the first immunization the animals were killed, and arteriosclerotic lesions in the intima of the aortic arch were found to have developed only in those animals immunized with antigenic preparations containing hsp, either in the form of whole mycobacteria or as purified recombinant hsp65, although their serum cholesterol levels were normal. No arteriosclerotic changes exceeding those of controls were found in the other groups, irrespective of the antigen used. Immunohistopathologic examination revealed that the lesions contained 20% T cells, 10-30% macrophages, and 10-40% smooth muscle cells. Analysis of the peripheral blood T-lymphocyte proliferative responses revealed that the occurrence of lesions was positively correlated with the presence of hsp65-reactive T cells, suggesting that hsp65 is involved in the induction of arteriosclerotic lesions. Furthermore, combined immunization with hsp-containing material and a cholesterol-rich diet provoked development of significantly more severe atherosclerosis and the appearance of characteristic foam cells. We conclude that an (auto)immune response to hsp may initiate the development of atherosclerosis and that a high blood cholesterol level is only one albeit a very important risk factor.