Dysfunction in Ataxia-telangiectasia mutated (ATM), a central component of the DNA repair machinery, results in Ataxia Telangiectasia (AT), a cancer-prone disease with a variety of inflammatory manifestations. By analyzing AT patient samples and Atm−/− mice, we found that unrepaired DNA lesions induce type I interferons (IFNs), resulting in enhanced anti-viral and anti-bacterial responses in Atm−/− mice. Priming of the type I interferon system by DNA damage involved release of DNA into the cytoplasm where it activated the cytosolic DNA sensing STING-mediated pathway, which in turn enhanced responses to innate stimuli by activating the expression of Toll-like receptors, RIG-I-like receptors, cytoplasmic DNA sensors, and their downstream signaling partners. This study provides a potential explanation for the inflammatory phenotype of AT patients and establishes damaged DNA as a cell intrinsic danger signal that primes the innate immune system for a rapid and amplified response to microbial and environmental threats.

Angiogenesis is a hallmark of malignant neoplasias, as the formation of new blood vessels is required for tumors to acquire oxygen and nutrients essential for their continued growth and metastasis. However, the signaling pathways leading to tumor vascularization are not fully understood. Here, using a transplantable mouse tumor model, we have demonstrated that endogenous IFN-beta inhibits tumor angiogenesis through repression of genes encoding proangiogenic and homing factors in tumor-infiltrating neutrophils. We determined that IFN-beta-deficient mice injected with B16F10 melanoma or MCA205 fibrosarcoma cells developed faster-growing tumors with better-developed blood vessels than did syngeneic control mice. These tumors displayed enhanced infiltration by CD11b+Gr1+ neutrophils expressing elevated levels of the genes encoding the proangiogenic factors VEGF and MMP9 and the homing receptor CXCR4. They also expressed higher levels of the transcription factors c-myc and STAT3, known regulators of VEGF, MMP9, and CXCR4. In vitro, treatment of these tumor-infiltrating neutrophils with low levels of IFN-beta restored expression of proangiogenic factors to control levels. Moreover, depletion of these neutrophils inhibited tumor growth in both control and IFN-beta-deficient mice. We therefore suggest that constitutively produced endogenous IFN-beta is an important mediator of innate tumor surveillance. Further, we believe our data help to explain the therapeutic effect of IFN treatment during the early stages of cancer development.

Mononuclear phagocytes are an important component of an innate immune system perceived as a system ready to react upon encounter of pathogens. Here, we show that in response to microbial stimulation, mononuclear phagocytes residing in nonmucosal lymphoid organs of germ-free mice failed to induce expression of a set of inflammatory response genes, including those encoding the various type I interferons (IFN-I). Consequently, NK cell priming and antiviral immunity were severely compromised. Whereas pattern recognition receptor signaling and nuclear translocation of the transcription factors NF-κB and IRF3 were normal in mononuclear phagocytes of germ-free mice, binding to their respective cytokine promoters was impaired, which correlated with the absence of activating histone marks. Our data reveal a previously unrecognized role for postnatally colonizing microbiota in the introduction of chromatin level changes in the mononuclear phagocyte system, thereby poising expression of central inflammatory genes to initiate a powerful systemic immune response during viral infection.

Objective The spondyloarthritides (SpA) are a group of rheumatic diseases characterized by ossification and inflammation of entheseal tissue, the region where tendon attaches to bone. Interleukin‐23 (IL‐23) is involved in the pathogenesis of SpA by acting on IL‐23 receptor (IL‐23R) expressed on enthesis‐resident lymphocytes. Upon IL‐23 binding, CD3+CD4−CD8− tissue‐resident lymphocytes secrete IL‐17A and IL‐22, leading to inflammation, bone loss, and ossification. Knowledge about enthesis‐resident lymphocytes remains fragmentary, and the contribution of entheseal γ/δ T cells in particular is not clear. This study was undertaken to investigate the presence of γ/δ T cells in the enthesis. Methods We used 2‐photon microscopy and flow cytometry to analyze entheseal lymphocytes from C57BL/6, Tcrd‐H2BeGFP , Rorc‐GFP , and IL‐23R‐eGFP mice. To analyze entheseal γ/δ T cells in IL‐23−induced inflammation, Tcrd‐H2BeGFP mice were crossed with mice of the susceptible B10.RIII background. Hydrodynamic injection of IL‐23 minicircle DNA was performed for overexpression of IL‐23 and induction of inflammation. Light‐sheet fluorescence microscopy was used to visualize arthritic inflammation. Results Activated Vγ6+CD27− γ/δ T cells were abundant in uninflamed entheseal tissue and constituted the large majority of retinoic acid receptor−related orphan nuclear receptor γt (RORγt)+IL‐23R+ enthesis‐resident lymphocytes. Fetal thymus−dependent γ/δ T cells were the main source of IL‐17A at the enthesis. Under inflammatory conditions, γ/δ T cells increased in number at the Achilles tendon enthesis, aortic root, and adjacent to the ciliary body. Conclusion Entheseal γ/δ T cells are derived from fetal thymus and are maintained as self‐renewing tissue‐resident cells. As main IL‐17A producers within tissues exposed to mechanical stress including enthesis, γ/δ T cells are key players in the pathogenesis of IL‐23−induced local inflammation.

Significance The newest generation of small-molecule vaccine adjuvants aims at triggering specific receptors expressed by dendritic cells, the working horses of our immune system. Unfortunately, owing to their small size, upon administration these molecules rapidly enter systemic circulation and cause systemic inflammation. We report on a nanotechnology-based solution for this issue by covalent ligation of a potent immunostimulatory small molecule to hydrogel nanoparticles. This approach allows for lymph node-restricted immune activation and avoids systemic dissemination. Importantly, relative to soluble immunostimulatory compound, nanoparticle ligation yields increased immune activation in the draining lymph nodes and results in strongly increased antibody titers and T-cell responses against an admixed vaccine antigen.

Abstract Localized therapeutic modalities that subvert the tumor microenvironment from immune‐suppressive to pro‐immunogenic can elicit systemic antitumor immune responses that induce regression of directly treated as well as nontreated distal tumors. A key toward generating robust antitumor T cell responses is the activation of dendritic cells (DCs) in the tumor microenvironment. Treatment with agonists triggering various pattern recognition receptors is very efficient to activate DCs, yet suffers from the induction of serious immune‐related adverse effects, which is closely linked to their unfavorable PK/PD profile causing systemic immune activation and cytokine release. Here, it is reported that nanoparticle conjugation of a highly potent TLR7/8 agonist restricts immune activation to the tumor bed and its sentinel lymph nodes without hampering therapeutic antitumor efficacy. On a mechanistic level, it is confirmed that localized treatment with a nanoparticle‐conjugated TLR7/8 agonist leads to potent activation of DCs in the sentinel lymph nodes and promotes proliferation of tumor antigen‐specific CD8 T cells. Furthermore, therapeutic improvement upon combination with anti‐PDL1 checkpoint inhibition and Flt3L, a growth factor that expands and mobilizes DCs from the bone marrow, is demonstrated. The findings provide a rational base for localized tumor engineering by nanomedicine strategies that provide spatial control over immune‐activation.

Synthetic immune-stimulatory drugs such as agonists of the Toll-like receptors (TLR) 7/8 are potent activators of antigen-presenting cells (APCs), however, they also induce severe side effects due to leakage from the site of injection into systemic circulation. Here, we report on the design and synthesis of an amphiphilic polymer-prodrug conjugate of an imidazoquinoline TLR7/8 agonist that in aqueous medium forms vesicular structures of 200 nm. The conjugate contains an endosomal enzyme-responsive linker enabling degradation of the vesicles and release of the TLR7/8 agonist in native form after endocytosis, which results in high in vitro TLR agonist activity. In a mouse model, locally administered vesicles provoke significantly more potent and long-lasting immune stimulation in terms of interferon expression at the injection site and in draining lymphoid tissue compared to a nonamphiphilic control and the native TLR agonist. Moreover, the vesicles induce robust activation of dendritic cells in the draining lymph node in vivo.

Small molecule immuno-modulators such as agonists of Toll-like receptors (TLRs) are attractive compounds to stimulate innate immune cells toward potent antiviral and antitumor responses. However, small molecules rapidly enter the systemic circulation and cause "wasted inflammation". Hence, synthetic strategies to confine their radius of action to lymphoid tissue are of great relevance, to both enhance their efficacy and concomitantly limit toxicity. Here, we demonstrate that covalent conjugation of a small molecule TLR7/8 agonist immunomodulatory to a micelle-forming amphiphilic block copolymer greatly alters the pharmacokinetic profile, resulting in highly efficient lymphatic delivery. Moreover, we designed amphiphilic block copolymers in such a way to form thermodynamically stable micelles through π-π stacking between aromatic moieties, and we engineered the block copolymers to undergo an irreversible amphiphilic to hydrophilic transition in response to the acidic endosomal pH.

Abstract The search for vaccines that protect from severe morbidity and mortality because of infection with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS‐CoV‐2), the virus that causes coronavirus disease 2019 (COVID‐19) is a race against the clock and the virus. Here we describe an amphiphilic imidazoquinoline (IMDQ‐PEG‐CHOL) TLR7/8 adjuvant, consisting of an imidazoquinoline conjugated to the chain end of a cholesterol‐poly(ethylene glycol) macromolecular amphiphile. It is water‐soluble and exhibits massive translocation to lymph nodes upon local administration through binding to albumin, affording localized innate immune activation and reduction in systemic inflammation. The adjuvanticity of IMDQ‐PEG‐CHOL was validated in a licensed vaccine setting (quadrivalent influenza vaccine) and an experimental trimeric recombinant SARS‐CoV‐2 spike protein vaccine, showing robust IgG2a and IgG1 antibody titers in mice that could neutralize viral infection in vitro and in vivo in a mouse model.