Key Points Mast cells contribute to early neutrophil recruitment. Mast cells and macrophages both make CXCL1 and CXCL2.

The decline in hematopoietic function seen during aging involves a progressive reduction in the immune response and an increased incidence of myeloid malignancy, and has been linked to aging of hematopoietic stem cells (HSCs). The molecular mechanisms underlying HSC aging remain unclear. Here we demonstrate that elevated activity of the small RhoGTPase Cdc42 in aged HSCs is causally linked to HSC aging and correlates with a loss of polarity in aged HSCs. Pharmacological inhibition of Cdc42 activity functionally rejuvenates aged HSCs, increases the percentage of polarized cells in an aged HSC population, and restores the level and spatial distribution of histone H4 lysine 16 acetylation to a status similar to that seen in young HSCs. Our data therefore suggest a mechanistic role for Cdc42 activity in HSC biology and epigenetic regulation, and identify Cdc42 activity as a pharmacological target for ameliorating stem cell aging.

Summary

 A prominent feature of sensitizing environmental compounds that cause allergic contact dermatitis is the rapid induction of an innate inflammatory response that seems to provide danger signals for efficient T cell priming. We generated mouse models of mast cell deficiency, mast cell-specific gene inactivation, and mast cell reporter mice for intravital imaging and showed that these adjuvant effects of contact allergens are mediated by mast cells and histamine. Mast cell deficiency resulted in impaired emigration of skin DCs to the lymph node and contact hypersensitivity was dramatically reduced in the absence of mast cells. In addition, mast cell-specific inactivation of the Il10 gene did not reveal any role for mast cell-derived IL-10 in the regulation of contact allergy. Collectively, we demonstrate that mast cells are essential promoters of contact hypersensitivity, thereby highlighting their potential to promote immune responses to antigens entering via the skin.

Imaging the unforeseen fate of neutrophils Inflammation that results from insults such as ischemia and reperfusion or trauma in the absence of microorganisms is known as “sterile inflammation.” Neutrophils are recruited in vast numbers during sterile inflammation and have been thought to play a detrimental role. Wang et al. used intravital microscopy to show that neutrophils actually perform helpful tasks such as removing and regenerating thermally damaged blood vessels in the liver (see the Perspective by Garner and de Visser). Moreover, neutrophils neither die nor are phagocytosed. Instead, they return to the circulation in a process called “reverse transmigration,” making a pit stop in the lungs, before ending their lives where they began—in the bone marrow. Thus, a reconsideration of the use of anti-neutrophil therapies after injury may be warranted. Science , this issue p. 111 ; see also p. 42

Cognate interactions of naive T cells with antigen-presenting dendritic cells require physical cell–cell contacts leading to signal induction and T cell activation. Using a three-dimensional collagen matrix videomicroscopy model for ovalbumin peptide-specific activation of murine and oxidative mitogenesis of human T cells, we show that T cells maintain vigorous migration upon cognate interactions to DC (dendritic cell), continuously crawl across the DC surface, and rapidly detach (median within 6–12 min). These dynamic and short-lived encounters favor sequential contacts with the same or other DC and trigger calcium influx, upregulation of activation markers, T blast formation, and proliferation. We conclude that a tissue environment supports the accumulation of sequential signals, implicating a numeric or “digital” control mechanism for an ongoing primary immune response.

Aspergillus fumigatus is the most important airborne fungal pathogen causing life-threatening infections in immunocompromised patients. Macrophages and neutrophils are known to kill conidia, whereas hyphae are killed mainly by neutrophils. Since hyphae are too large to be engulfed, neutrophils possess an array of extracellular killing mechanisms including the formation of neutrophil extracellular traps (NETs) consisting of nuclear DNA decorated with fungicidal proteins. However, until now NET formation in response to A. fumigatus has only been demonstrated in vitro, the importance of neutrophils for their production in vivo is unclear and the molecular mechanisms of the fungus to defend against NET formation are unknown. Here, we show that human neutrophils produce NETs in vitro when encountering A. fumigatus. In time-lapse movies NET production was a highly dynamic process which, however, was only exhibited by a sub-population of cells. NETosis was maximal against hyphae, but reduced against resting and swollen conidia. In a newly developed mouse model we could then demonstrate the existence and measure the kinetics of NET formation in vivo by 2-photon microscopy of Aspergillus-infected lungs. We also observed the enormous dynamics of neutrophils within the lung and their ability to interact with and phagocytose fungal elements in situ. Furthermore, systemic neutrophil depletion in mice almost completely inhibited NET formation in lungs, thus directly linking the immigration of neutrophils with NET formation in vivo. By using fungal mutants and purified proteins we demonstrate that hydrophobin RodA, a surface protein making conidia immunologically inert, led to reduced NET formation of neutrophils encountering Aspergillus fungal elements. NET-dependent killing of Aspergillus-hyphae could be demonstrated at later time-points, but was only moderate. Thus, these data establish that NET formation occurs in vivo during host defence against A. fumigatus, but suggest that it does not play a major role in killing this fungus. Instead, NETs may have a fungistatic effect and may prevent further spreading.

Summary

 The metastatic process of colorectal cancer (CRC) is not fully understood and effective therapies are lacking. We show that activation of NOTCH1 signaling in the murine intestinal epithelium leads to highly penetrant metastasis (100% metastasis; with >80% liver metastases) in Kras^G12D-driven serrated cancer. Transcriptional profiling reveals that epithelial NOTCH1 signaling creates a tumor microenvironment (TME) reminiscent of poorly prognostic human CRC subtypes (CMS4 and CRIS-B), and drives metastasis through transforming growth factor (TGF) β-dependent neutrophil recruitment. Importantly, inhibition of this recruitment with clinically relevant therapeutic agents blocks metastasis. We propose that NOTCH1 signaling is key to CRC progression and should be exploited clinically.

The perpetuation of inflammation is an important pathophysiological contributor to the global medical burden. Chronic inflammation is promoted by non-programmed cell death1,2; however, how inflammation is instigated, its cellular and molecular mediators, and its therapeutic value are poorly defined. Here we use mouse models of atherosclerosis—a major underlying cause of mortality worldwide—to demonstrate that extracellular histone H4-mediated membrane lysis of smooth muscle cells (SMCs) triggers arterial tissue damage and inflammation. We show that activated lesional SMCs attract neutrophils, triggering the ejection of neutrophil extracellular traps that contain nuclear proteins. Among them, histone H4 binds to and lyses SMCs, leading to the destabilization of plaques; conversely, the neutralization of histone H4 prevents cell death of SMCs and stabilizes atherosclerotic lesions. Our data identify a form of cell death found at the core of chronic vascular disease that is instigated by leukocytes and can be targeted therapeutically. Histone H4 is released from neutrophil extracellular traps and induces membrane lysis in vascular smooth muscle cells, leading to the destabilization of atherosclerotic plaques.

The total number of glomeruli is a fundamental parameter of kidney function but very difficult to determine using standard methodology. Here, we counted all individual glomeruli in murine kidneys and sized the capillary tufts by combining in vivo fluorescence labeling of endothelial cells, a novel tissue-clearing technique, lightsheet microscopy, and automated registration by image analysis. Total hands-on time per organ was <1 hour, and automated counting/sizing was finished in <3 hours. We also investigated the novel use of ethyl-3-phenylprop-2-enoate (ethyl cinnamate) as a nontoxic solvent-based clearing reagent that can be handled without specific safety measures. Ethyl cinnamate rapidly cleared all tested organs, including calcified bone, but the fluorescence of proteins and immunohistochemical labels was maintained over weeks. Using ethyl cinnamate-cleared kidneys, we also quantified the average creatinine clearance rate per glomerulus. This parameter decreased in the first week of experimental nephrotoxic nephritis, whereas reduction in glomerular numbers occurred much later. Our approach delivers fundamental parameters of renal function, and because of its ease of use and speed, it is suitable for high-throughput analysis and could greatly facilitate studies of the effect of kidney diseases on whole-organ physiology.