Summary Tissue-macrophage populations are constituted by a mosaic of phenotypes, yet new methods are needed to link metabolic status to the range of phenotypes in vivo . We therefore designed a high-dimensional panel for spectral flow cytometry to investigate the heterogeneity of tissue macrophage metabolism at steady-state, and their metabolic adaptation in response to infection. Distinct metabolic profiles were observed between tissue macrophages from different peripheral organs, as well as within populations from a specific site. As such, our data show multiple metabolic states in macrophages corresponding to relative stages of maturity in both the peritoneal cavity and small intestine. Immune perturbation with helminth infection further showed that peritoneal macrophages acquire an overall highly metabolically active profile, whereas responding intestinal macrophages displayed minimal changes in their metabolic phenotype. Thus, we demonstrate that high-dimensional, flow-based analysis is an exciting method to interrogate the metabolic heterogeneity and dynamics of tissue-macrophage populations.

Abstract Dendritic cells (DCs) play a crucial role in promoting tolerance through priming of regulatory T cells (Treg). Several studies indicate DC tolerogenicity is dependent on catabolic metabolism. However, the role of AMP-activated Kinase (AMPK), a key energy and nutrient sensor driving catabolic metabolism, in this process is unclear. We found that human retinoic acid-induced tolerogenic CD103 + DCs (RA-DCs) display increased AMPK signaling. Interestingly, RA-DCs, but not vitamin-D3- or dexamethasone-induced tolerogenic DCs, required AMPK for Treg induction. Mechanistically, AMPK underpinned RA-driven tolerogenicity by promoting RALDH activity in a FoxO3-dependent manner. Correspondingly, mice deficient for AMPK in DCs (CD11c ΔAMPKα1 ) harbored reduced frequencies of intestinal CD103 + CD11b + DCs with impaired RALDH activity. Importantly, upon infection with parasitic worm Schistosoma mansoni , that elicits strong Th2 and Treg responses, CD11c ΔAMPKα1 mice showed a defect in Treg accumulation and concomitantly, displayed an impaired ability to control Type 2 immunity-driven granulomatous inflammation against the parasite eggs. Together, our findings identify AMPK as a key regulator of tolerance by CD103 + DCs. Summary Dendritic cells (DCs) are critical for inducing tolerance. However, how metabolic cues control their tolerogenicity is still poorly understood. Patente et al demonstrate that AMPK is crucial for Treg induction by retinoic acid-primed tolerogenic CD103 + DCs.

Chronic infection with Schistosoma mansoni parasites is associated with reduced allergic sensitization in humans, while schistosome eggs protects against allergic airway inflammation (AAI) in mice. One of the main secretory/excretory molecules from schistosome eggs is the glycosylated T2-RNAse Omega-1 (ω1). We hypothesized that ω1 induces protection against AAI during infection. Peritoneal administration of ω1 prior to sensitization with Ovalbumin (OVA) reduced airway eosinophilia and pathology, and OVA-specific Th2 responses upon challenge, independent from changes in regulatory T cells. ω1 was taken up by monocyte-derived dendritic cells, mannose receptor (CD206)-positive conventional type 2 dendritic cells (CD206 + cDC2), and by recruited peritoneal macrophages. Additionally, ω1 impaired CCR7, F-actin, and costimulatory molecule expression on myeloid cells and cDC2 migration in and ex vivo , as evidenced by reduced OVA + CD206 + cDC2 in the draining mediastinal lymph nodes (medLn) and retainment in the peritoneal cavity, while antigen processing and presentation in cDC2 were not affected by ω1 treatment. Importantly, RNAse mutant ω1 was unable to reduce AAI or affect DC migration, indicating that ω1 effects are dependent on its RNAse activity. Altogether, ω1 hampers migration of OVA + cDC2 to the draining medLn in mice, elucidating how ω1 prevents allergic airway inflammation in the OVA/alum mouse model.

Abstract It is well known that dendritic cell (DC) activation and function are underpinned by profound changes in cellular metabolism. Several studies indicate that the ability of DCs to promote tolerance is dependent on catabolic metabolism. The AMP-activated kinase (AMPK) is a central nutrient and energy sensor whose activation promotes catabolism while inhibiting ATP-consuming anabolic pathways. Yet the contribution of AMPK activation to DC tolerogenicity remains unknown. Here, we show that AMPK activation renders human monocyte-derived DCs tolerogenic as evidenced by an enhanced ability to drive differentiation of regulatory T cells, a process dependent on increased RALDH activity. This is accompanied by a number of distinct metabolic changes, in particular increased breakdown of glycerophospholipids, enhanced mitochondrial fission-dependent fatty acid oxidation, and upregulated glucose catabolism. This metabolic rewiring is functionally important as we found interference with these metabolic processes to reduce to various degrees AMPK-induced RALDH activity as well as the tolerogenic capacity of moDCs. Altogether, our findings reveal a key role for AMPK signaling in shaping DC tolerogenicity, and suggest that AMPK may serve as new target to direct DC-driven immune responses in therapeutic settings.

Abstract Background The parasitic trematode Fasciola hepatica evades host immune defenses through secretion of various immunomodulatory molecules. Fatty Acid Binding Proteins ( fh FABPs) are among the main excreted/secreted proteins and have been shown to display anti-inflammatory properties. However, little is currently known regarding their impact on dendritic cells (DCs) and their subsequent capacity to prime specific CD4 + T cell subsets. Methodology/Principal Findings The immunomodulatory effects of both native F. hepatica extracts and recombinant fh FABPs were assessed on monocyte-derived human DCs (moDCs) and the underlying mechanism was next investigated using various approaches, including DC-allogenic T cell co-culture and DC phenotyping through transcriptomic, proteomic and FACS analyses. We mainly showed that fh FABP1 induced a tolerogenic-like phenotype in LPS-stimulated moDCs characterized by a dose-dependent increase in the cell-surface tolerogenic marker CD103 and IL-10 secretion, while DC co-stimulatory markers were not affected. A significant decrease in secretion of the pro-inflammatory cytokines IL-12p70 and IL-6 was also observed. In addition, these effects were associated with an increase in both Th2-on-Th1 ratio and IL-10 secretion by CD4 + T cells following DC-T cell co-culture. RNA sequencing and targeted proteomic analyses identified thrombospondin-1 (TSP-1) as a non-canonical factor highly expressed and secreted by fh FABP1-primed moDCs. The effect of fh FABP1 on T cell skewing was abolished when using a TSP-1 blocking antibody during DC-T cell co-culture. Immunomodulation by helminth molecules has been linked to improved metabolic homeostasis during obesity. Although fh FABP1 injection in high-fat diet-fed obese mice induced a potent Th2 immune response in adipose tissue, it did not improved insulin sensitivity or glucose homeostasis. Conclusions/Significance We show that fh FABP1 modulates T cell polarization, notably by promoting DC TSP-1 secretion in vitro , without affecting metabolic homeostasis in a mouse model of type 2 diabetes.

Dendritic cell (DC) activation and function are underpinned by profound changes in cellular metabolism. Several studies indicate that the ability of DCs to promote tolerance is dependent on catabolic metabolism. Yet the contribution of AMP-activated kinase (AMPK), a central energy sensor promoting catabolism, to DC tolerogenicity remains unknown. Here, we show that AMPK activation renders human monocyte-derived DCs tolerogenic as evidenced by an enhanced ability to drive differentiation of regulatory T cells, a process dependent on increased RALDH activity. This is accompanied by several metabolic changes, including increased breakdown of glycerophospholipids, enhanced mitochondrial fission–dependent fatty acid oxidation, and upregulated glucose catabolism. This metabolic rewiring is functionally important as we found interference with these metabolic processes to reduce to various degrees AMPK-induced RALDH activity as well as the tolerogenic capacity of moDCs. Altogether, our findings reveal a key role for AMPK signaling in shaping DC tolerogenicity and suggest AMPK as a target to direct DC-driven tolerogenic responses in therapeutic settings.

Obesity-associated metaflammation drives the development of insulin resistance and type 2 diabetes, notably through modulating innate and adaptive immune cells in metabolic organs. The nutrient sensor liver kinase B1 (LKB1) has recently been shown to control cellular metabolism and T cell priming functions of dendritic cells (DCs). Here, we report that hepatic DCs from high-fat diet (HFD)-fed obese mice display increased LKB1 phosphorylation and that LKB1 deficiency in DCs (CD11cΔLKB1) worsened HFD-driven hepatic steatosis, systemic insulin resistance and glucose intolerance. Loss of LKB1 in DCs was associated with increased cellular expression of Th17-polarizing cytokines and increased hepatic CD4+ IL-17A+ Th17 cells in HFD-fed mice. Importantly, IL-17A neutralization rescued metabolic perturbations in HFD-fed CD11cΔLKB1 mice. Mechanistically, disrupted metabolic homeostasis was independent of the canonical LKB1-AMPK axis. Instead, we provide evidence for involvement of the AMPK-related salt-inducible kinase(s) in controlling Th17-polarizing cytokine expression in LKB1-deficient DCs. Altogether, our data reveal a key role for LKB1 signalling in DCs in protection against obesity-induced metabolic dysfunctions by limiting hepatic Th17 differentiation.