Dendritic cell (DC) responses to extracellular self-DNA and self-RNA are prevented by the endosomal seclusion of nucleic acid–recognizing Toll-like receptors (TLRs). In psoriasis, however, plasmacytoid DCs (pDCs) sense self-DNA that is transported to endosomal TLR9 upon forming a complex with the antimicrobial peptide LL37. Whether LL37 also interacts with extracellular self-RNA and how this may contribute to DC activation in psoriasis is not known. Here, we report that LL37 can bind self-RNA released by dying cells, protect it from extracellular degradation, and transport it into endosomal compartments of DCs. In pDC, self-RNA–LL37 complexes activate TLR7 and, like self-DNA–LL37 complexes, trigger the secretion of IFN-α without inducing maturation or the production of IL-6 and TNF-α. In contrast to self-DNA–LL37 complexes, self-RNA–LL37 complexes also trigger the activation of classical myeloid DCs (mDCs). This occurs through TLR8 and leads to the production of TNF-α and IL-6, and the differentiation of mDCs into mature DCs. We also found that self-RNA–LL37 complexes are present in psoriatic skin lesions and are associated with mature mDCs in vivo. Our results demonstrate that the cationic antimicrobial peptide LL37 converts self-RNA into a trigger of TLR7 and TLR8 in human DCs, and provide new insights into the mechanism that drives the auto-inflammatory responses in psoriasis.

Fluorescent resonance energy transfer (FRET) imaging techniques can be used to visualize protein-protein interactions in real-time with subcellular resolution. Imaging of sensitized fluorescence of the acceptor, elicited during excitation of the donor, is becoming the most popular method for live FRET (3-cube imaging) because it is fast, nondestructive, and applicable to existing widefield or confocal microscopes. Most sensitized emission-based FRET indices respond nonlinearly to changes in the degree of molecular interaction and depend on the optical parameters of the imaging system. This makes it difficult to evaluate and compare FRET imaging data between laboratories. Furthermore, photobleaching poses a problem for FRET imaging in timelapse experiments and three-dimensional reconstructions. We present a 3-cube FRET imaging method, E-FRET, which overcomes both of these obstacles. E-FRET bridges the gap between the donor recovery after acceptor photobleaching technique (which allows absolute measurements of FRET efficiency, E, but is not suitable for living cells), and the sensitized-emission FRET indices (which reflect FRET in living cells but lack the quantitation and clarity of E). With E-FRET, we visualize FRET in terms of true FRET efficiency images (E), which correlate linearly with the degree of donor interaction. We have defined procedures to incorporate photobleaching correction into E-FRET imaging. We demonstrate the benefits of E-FRET with photobleaching correction for timelapse and three-dimensional imaging of protein-protein interactions in the immunological synapse in living T-cells.

Despite the success of immune checkpoint blockade against melanoma, many “cold” tumors like prostate cancer remain unresponsive. We found that hypoxic zones were prevalent across preclinical prostate cancer and resisted T cell infiltration even in the context of CTLA-4 and PD-1 blockade. We demonstrated that the hypoxia-activated prodrug TH-302 reduces or eliminates hypoxia in these tumors. Combination therapy with this hypoxia-prodrug and checkpoint blockade cooperated to cure more than 80% of tumors in the transgenic adenocarcinoma of the mouse prostate–derived (TRAMP-derived) TRAMP-C2 model. Immunofluorescence imaging showed that TH-302 drives an influx of T cells into hypoxic zones, which were expanded by checkpoint blockade. Further, combination therapy reduced myeloid-derived suppressor cell density by more than 50%, and durably reduced the capacity of the tumor to replenish the granulocytic subset. Spontaneous prostate tumors in TRAMP transgenic mice, which completely resist checkpoint blockade, showed minimal adenocarcinoma tumor burden at 36 weeks of age and no evidence of neuroendocrine tumors with combination therapy. Survival of Pb-Cre4, Ptenpc–/–Smad4pc–/– mice with aggressive prostate adenocarcinoma was also significantly extended by this combination of hypoxia-prodrug and checkpoint blockade. Hypoxia disruption and T cell checkpoint blockade may sensitize some of the most therapeutically resistant cancers to immunotherapy.

Exosomes can mediate a dynamic method of communication between malignancies, including those sequestered in the central nervous system and the immune system. We sought to determine whether exosomes from glioblastoma (GBM)-derived stem cells (GSCs) can induce immunosuppression. We report that GSC-derived exosomes (GDEs) have a predilection for monocytes, the precursor to macrophages. The GDEs traverse the monocyte cytoplasm, cause a reorganization of the actin cytoskeleton, and skew monocytes toward the immune suppresive M2 phenotype, including programmed death-ligand 1 (PD-L1) expression. Mass spectrometry analysis demonstrated that the GDEs contain a variety of components, including members of the signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) pathway that functionally mediate this immune suppressive switch. Western blot analysis revealed that upregulation of PD-L1 in GSC exosome-treated monocytes and GBM-patient-infiltrating CD14+ cells predominantly correlates with increased phosphorylation of STAT3, and in some cases, with phosphorylated p70S6 kinase and Erk1/2. Cumulatively, these data indicate that GDEs are secreted GBM-released factors that are potent modulators of the GBM-associated immunosuppressive microenvironment.

Recent work has demonstrated that following the clearance of infection a stable population of memory T cells remains present in peripheral organs and contributes to the control of secondary infections. However, little is known about how tissue-resident memory T cells behave in situ and how they encounter newly infected target cells. Here we demonstrate that antigen-specific CD8 + T cells that remain in skin following herpes simplex virus infection show a steady-state crawling behavior in between keratinocytes. Spatially explicit simulations of the migration of these tissue-resident memory T cells indicate that the migratory dendritic behavior of these cells allows the detection of antigen-expressing target cells in physiologically relevant time frames of minutes to hours. Furthermore, we provide direct evidence for the identification of rare antigen-expressing epithelial cells by skin-patrolling memory T cells in vivo. These data demonstrate the existence of skin patrol by memory T cells and reveal the value of this patrol in the rapid detection of renewed infections at a previously infected site.

Abstract STAT3 function in hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) has been difficult to discern as Stat3 deficiency in the hematopoietic system induces systemic inflammation, which can impact HSPC activity. To address this, we established mixed bone marrow (BM) chimeric mice with CreER-mediated Stat3 deletion in 20% of the hematopoietic compartment. Stat3 -deficient HSPCs had impaired hematopoietic activity and failed to undergo expansion in BM in contrast to Stat3 -sufficient (CreER) controls. Single-cell RNA sequencing of Lin − ckit + Sca1 + BM cells revealed altered transcriptional responses in Stat3 -deficient hematopoietic stem cells (HSCs) and multipotent progenitors, including intrinsic activation of cell cycle, stress response, and interferon signaling pathways. Consistent with their deregulation, Stat3 -deficient Lin − ckit + Sca1 + cells accumulated γH2AX over time. Following secondary BM transplantation, Stat3 -deficient HSPCs failed to reconstitute peripheral blood effectively, indicating a severe functional defect in the HSC compartment. Our results reveal essential roles for STAT3 in HSCs and suggest the potential for using targeted synthetic lethal approaches with STAT3 inhibition to remove defective or diseased HSPCs. Key Points STAT3 is critical for hematopoietic activity and hematopoietic stem cell maintenance in non-inflammatory conditions STAT3 has a cell-intrinsic role in the suppression of interferon signaling and myeloid-skewed transcription in hematopoietic stem cells