The CD2 receptor has been described as an adhesion and costimulatory receptor on T cells. Here, transcriptional profiling of colorectal cancers (CRC) revealed a negative correlation between CD2 expression and 'exhausted CD8+ T-cells' gene signatures. Furthermore, we detected reduced surface CD2 levels in exhausted CD127lowPD-1hi CD3+CD8+ tumour infiltrating lymphocytes (TILs) in CRC. We describe a CD2 expression-level-dependent switch in CD2-CD58 localization between central and peripheral domains in the immunological synapse (IS). A peripheral 'CD2 corolla' formed when CD2 surface expression was sufficiently high and its cytoplasmic domain intact. The corolla recruited other ligated receptors like CD28, boosted recruitment of activated Src-family kinases (pSrc), LAT and PLC-γ in the IS and consequently T-cell activation in response to a tumour antigen. Corolla formation and pSrc in the IS increased linearly with CD2 expression, whereas pSrc signals were reduced by high, 'exhausted-like' levels of PD-1, which invaded the corolla. These results suggest two levels of inhibition of Src-family kinases in CD3+CD8+ TILs: reduced CD2 expression and high PD-1 expression.

Research in the field of human immunology is restricted by the lack of a system that reconstitutes the in-situ activation dynamics of quiescent human antigen-specific T-cells interacting with dendritic cells. Here we report a tissue-like system that recapitulates the dynamics of engineered primary human immune cell. Our approach facilitates real-time single cell manipulations, tracking of interactions and functional responses complemented by population-based measurements of cytokines, activation status and proliferation. As a proof of concept, we recapitulate immunological phenomenon such as CD4 help to CD8 T-cells through enhanced maturation of DCs and effect of PD-1 checkpoint blockades. In addition, we characterise unique dynamics of T-cell/DC interactions as a function of antigen affinity.

Integrin and small immunoglobulin superfamily (sIGSF) adhesion complexes function physiologically in human immunological synapses (IS) wherein sIGSF complexes form a corolla of microdomains around an integrin ring and secretory core. The corolla recruits and retains the major costimulatory and checkpoint complexes that regulate the response to T cell receptor (TCR) engagement, making forces that govern corolla formation of particular interest. We developed a phenomenological agent-based model in order to test different hypotheses concerning the mechanisms underlying molecular reorganization during IS formation. The model showed that sIGSF complexes are passively excluded to the distal aspect of the IS as long as their interaction with the ramified F-actin transport network is absent or weaker than that of integrins. An attractive force between sIGSF adhesion and costimulatory/checkpoint complexes relocates the latter from the centre of the IS to the corolla. The simulations suggest that size based sorting interactions with large glycocalyx components as well as a short-range self-attraction between sIGSF complexes explain the corolla "petals". These molecular and mechanistic features establish a general model that can recapitulate complex pattern formation processes observed in cell-bilayer and cell-cell interfaces.