The stability of expression of the transcription factor Foxp3 in vivo has not been thoroughly assessed. Bluestone and colleagues find that Foxp3 expression can be unstable and that cells that lose Foxp3 expression can assume a proinflammatory autoaggressive phenotype. Regulatory T cells (Treg cells) are central to the maintenance of immune homeostasis. However, little is known about the stability of Treg cells in vivo. In this study, we demonstrate that a substantial percentage of cells had transient or unstable expression of the transcription factor Foxp3. These 'exFoxp3' T cells had an activated-memory T cell phenotype and produced inflammatory cytokines. Moreover, exFoxp3 cell numbers were higher in inflamed tissues in autoimmune conditions. Adoptive transfer of autoreactive exFoxp3 cells led to the rapid onset of diabetes. Finally, analysis of the T cell receptor repertoire suggested that exFoxp3 cells developed from both natural and adaptive Treg cells. Thus, the generation of potentially autoreactive effector T cells as a consequence of Foxp3 instability has important implications for understanding autoimmune disease pathogenesis.

Autoimmune reactions, in which the body's white blood cells harm its own tissues, cause many diseases including diabetes, multiple sclerosis and arthritis. It is not known why immune cells target certain organs, and in particular for childhood diabetes, why only insulin-producing cells are killed. Nakayama et al. now report that this may be because insulin itself is a primary autoantigen for autoimmune diabetes. In NOD mice, the standard animal model for diabetes, when the part of the insulin molecule that gives rise to autoantibodies is altered, autoimmune diabetes disappears. This also suggests that deletional immune therapy could be a practical proposition. The possible clinical relevance of this work is confirmed by a separate study by Kent et al. of human patients with type 1 diabetes. T lymphocytes found in the draining lymph nodes around the pancreas specifically recognize part of the insulin protein. This has implications for antigen specific therapies and islet-cell transplantation in diabetes. A fundamental question about the pathogenesis of spontaneous autoimmune diabetes is whether there are primary autoantigens. For type 1 diabetes it is clear that multiple islet molecules are the target of autoimmunity in man and animal models1,2. It is not clear whether any of the target molecules are essential for the destruction of islet beta cells. Here we show that the proinsulin/insulin molecules have a sequence that is a primary target of the autoimmunity that causes diabetes of the non-obese diabetic (NOD) mouse. We created insulin 1 and insulin 2 gene knockouts combined with a mutated proinsulin transgene (in which residue 16 on the B chain was changed to alanine) in NOD mice. This mutation abrogated the T-cell stimulation of a series of the major insulin autoreactive NOD T-cell clones3. Female mice with only the altered insulin did not develop insulin autoantibodies, insulitis or autoimmune diabetes, in contrast with mice containing at least one copy of the native insulin gene. We suggest that proinsulin is a primary autoantigen of the NOD mouse, and speculate that organ-restricted autoimmune disorders with marked major histocompatibility complex (MHC) restriction of disease are likely to have specific primary autoantigens.

Type 1 diabetes (T1D) is a common autoimmune disorder characterized by the destruction of insulin-secreting pancreatic β cells [1], in which polymorphism of the human leukocyte antigen (HLA) class II region is the major genetic risk factor [2, 3, 4]. However, how variation in class II molecules alters T1D risk remains a longstanding question. Here we show how T1D risk due to HLA class II haplotype combinations [5] correlates with the frequency of negatively charged sequences in the CDR3β region of CD4 + T cell receptor (TCR) repertoires purified from peripheral blood. These sequences are known to be common in receptors that bind insulin B:9–23 [6], the primary autoantigen in T1D. We also show the same effect in circulating activated CD4 + T cells from newly-diagnosed T1D cases, and in islet-infiltrating T cells from patients with active T1D. Furthermore, we demonstrate that the proportion of insulin-reactive CD4 + T cells present in islets is predicted by the frequency of these negatively charged CDR3β amino acid sequences. Our results suggest diagnostic uses of T cell repertoire profiling in early detection of insulin autoimmunity, and inform ongoing efforts to improve tolerance induction to insulin and prevention of T1D [7].

Mature T cells bearing ab T cell receptors react with foreign antigens bound to alleles of major histocompatibility complex proteins (MHC) that they were exposed to during their development in the thymus, a phenomenon known as positive selection. The structural basis for positive selection has long been debated. Here, using mice expressing one of two different T cell receptor b chains and various MHC alleles, we show that positive selection-induced MHC bias of T cell receptors is affected both by the germline encoded elements of the T cell receptor a and b chain and, surprisingly, dramatically affected by the non germ line encoded CDR3 of the T cell receptor a chain. Thus, in addition to determining specificity for antigen, the non germline encoded elements of T cell receptors may help the proteins cope with the extremely polymorphic nature of major histocompatibility complex products within the species.

Interferon (IFN)-α is the earliest cytokine signature observed in individuals at risk for type 1 diabetes (T1D), but its effect on the repertoire of HLA Class I (HLA-I)-bound peptides presented by pancreatic β-cells is unknown. Using immunopeptidomics, we characterized the peptide/HLA-I presentation in in-vitro resting and IFN-α-exposed β-cells. IFN-α increased HLA-I expression and peptide presentation, including neo-sequences derived from alternative mRNA splicing, post-translational modifications - notably glutathionylation - and protein cissplicing. This antigenic landscape relied on processing by both the constitutive and immune proteasome. The resting β-cell immunopeptidome was dominated by HLA-A-restricted ligands. However, IFN-α only marginally upregulated HLA-A and largely favored HLA-B, translating into a major increase in HLA-B-restricted peptides and into an increased activation of HLA-Brestricted vs. HLA-A-restricted CD8+ T-cells. A preferential HLA-B hyper-expression was also observed in the islets of T1D vs. non-diabetic donors, and we identified islet-infiltrating CD8+ T-cells from T1D donors reactive to HLA-B-restricted granule peptides. Thus, the inflammatory milieu of insulitis may skew the autoimmune response toward epitopes presented by HLA-B, hence recruiting a distinct T-cell repertoire that may be relevant to T1D pathogenesis.

Summary Coxsackievirus B (CVB) infection of pancreatic β cells is associated with β-cell autoimmunity. We investigated how CVB impacts human β cells and anti-CVB T-cell responses. β cells were efficiently infected by CVB in vitro , downregulated HLA Class I and presented few, selected HLA-bound viral peptides. Circulating CD8 + T cells from CVB-seropositive individuals recognized only a fraction of these peptides, and only another sub-fraction was targeted by effector/memory T cells that expressed the exhaustion marker PD-1. T cells recognizing a CVB epitope cross-reacted with the β-cell antigen GAD. Infected β cells, which formed filopodia to propagate infection, were more efficiently killed by CVB than by CVB-reactive T cells. Thus, our in-vitro and ex-vivo data highlight limited T-cell responses to CVB, supporting the rationale for CVB vaccination trials for type 1 diabetes prevention. CD8 + T cells recognizing structural and non-structural CVB epitopes provide biomarkers to differentially follow response to infection and vaccination.

Abstract Human type 1 diabetes (T1D) is caused by autoimmune attack on the insulin-producing pancreatic beta cells by islet antigen-reactive T cells. How human islet antigen-reactive (IAR) CD4+ memory T cells from peripheral blood affect T1D progression in the pancreas is poorly understood. Here, we aim to determine if IAR T cells in blood could be detected in pancreas. We identify paired αβ ( TRA/TRB ) T cell receptors (TCRs) in IAR T cells from the blood of healthy, at-risk, new-onset, and established T1D donors, and measured sequence overlap with TCRs in pancreata from healthy, at risk and T1D organ donors. We report extensive TRA junction sharing between IAR T cells and pancreas-infiltrating T cells (PIT), with perfect-match or single-mismatch TRA junction amino acid sequences comprising ~29% total unique IAR TRA junctions (942/3,264). PIT-matched TRA junctions were largely public and enriched for TRAV41 usage, showing significant nucleotide sequence convergence, increased use of germline-encoded versus non-templated residues in epitope engagement, and a potential for cross-reactivity. Our findings thus link T cells with distinctive germline-like TRA chains in the peripheral blood with T cells in the pancreas.