Exosomes are vesicles secreted to the extracellular environment through fusion with the plasma membrane of specific endosomes called multivesicular bodies (MVB) and mediate cell-to-cell communication in many biological processes. Posttranslational modifications are involved in the sorting of specific proteins into exosomes. Here we identify ISGylation as a ubiquitin-like modification that controls exosome release. ISGylation induction decreases MVB numbers and impairs exosome secretion. Using ISG15-knockout mice and mice expressing the enzymatically inactive form of the de-ISGylase USP18, we demonstrate in vitro and in vivo that ISG15 conjugation regulates exosome secretion. ISG15 conjugation triggers MVB co-localization with lysosomes and promotes the aggregation and degradation of MVB proteins. Accordingly, inhibition of lysosomal function or autophagy restores exosome secretion. Specifically, ISGylation of the MVB protein TSG101 induces its aggregation and degradation, being sufficient to impair exosome secretion. These results identify ISGylation as a novel ubiquitin-like modifier in the control of exosome production.

Inflammaging? Blame T cells! Mitochondrial dysfunction in various tissues is a prominent characteristic of age-related deterioration, but it is unclear how mitochondrial dysfunction in particular cell types contributes to this process. Desdín-Micó et al. generated mice with T cells that were specifically deficient in a mitochondrial DNA–stabilizing protein. These animals exhibited multiple features associated with aging, including neurological, metabolic, muscular, and cardiovascular impairments. The defective T cells initiated an inflammatory program similar to that observed in older animals, a process called “inflammaging.” Blocking the cytokine tumor necrosis factor–α or administering precursors of the cofactor nicotinamide adenine dinucleotide restored many of these symptoms of senescence. These findings may potentially inform future therapies for age-associated diseases, as well as cachexia and cytokine-release syndrome. Science , this issue p. 1371

Interaction of T cell with antigen-bearing dendritic cells (DC) results in T cell activation, but whether this interaction has physiological consequences on DC function is largely unexplored. Here we show that when antigen-bearing DCs contact T cells, DCs initiate anti-pathogenic programs. Signals of this interaction are transmitted from the T cell to the DC, through extracellular vesicles (EV) that contain genomic and mitochondrial DNA, to induce antiviral responses via the cGAS/STING cytosolic DNA-sensing pathway and expression of IRF3-dependent interferon regulated genes. Moreover, EV-treated DCs are more resistant to subsequent viral infections. In summary, our results show that T cells prime DCs through the transfer of exosomal DNA, supporting a specific role for antigen-dependent contacts in conferring protection to DCs against pathogen infection. The reciprocal communication between innate and adaptive immune cells thus allow efficacious responses to unknown threats.

Regulatory T cells (Tregs) subdue immune responses. Central to Treg activation are changes in lipid metabolism that support their survival and function. Fatty acid binding proteins (FABPs) are a family of lipid chaperones required to facilitate uptake and intracellular lipid trafficking. One family member, FABP5, is expressed in T cells, but its function remains unclear. We show that in Tregs, genetic or pharmacologic inhibition of FABP5 function causes mitochondrial changes underscored by decreased OXPHOS, impaired lipid metabolism, and loss of cristae structure. FABP5 inhibition in Tregs triggers mtDNA release and consequent cGAS-STING-dependent type I IFN signaling, which induces heightened production of the regulatory cytokine IL-10 and promotes Treg suppressive activity. We find evidence of this pathway, along with correlative mitochondrial changes in tumor infiltrating Tregs, which may underlie enhanced immunosuppression in the tumor microenvironment. Together, our data reveal that FABP5 is a gatekeeper of mitochondrial integrity that modulates Treg function.

How cells adapt metabolism to meet demands is an active area of interest across biology. Among a broad range of functions, the polyamine spermidine is needed to hypusinate the translation factor eukaryotic initiation factor 5A (eIF5A). We show here that hypusinated eIF5A (eIF5AH) promotes the efficient expression of a subset of mitochondrial proteins involved in the TCA cycle and oxidative phosphorylation (OXPHOS). Several of these proteins have mitochondrial targeting sequences (MTSs) that in part confer an increased dependency on eIF5AH. In macrophages, metabolic switching between OXPHOS and glycolysis supports divergent functional fates stimulated by activation signals. In these cells, hypusination of eIF5A appears to be dynamically regulated after activation. Using in vivo and in vitro models, we show that acute inhibition of this pathway blunts OXPHOS-dependent alternative activation, while leaving aerobic glycolysis-dependent classical activation intact. These results might have implications for therapeutically controlling macrophage activation by targeting the polyamine-eIF5A-hypusine axis.

Abstract Immune cells must adapt to different environments during the course of an immune response. We studied the adaptation of CD8 + T cells to the intestinal microenvironment and how this process shapes their residency in the gut. CD8 + T cells progressively remodel their transcriptome and surface phenotype as they acquire gut residency, and downregulate expression of mitochondrial genes. Human and mouse gut-resident CD8 + T cells have reduced mitochondrial mass, but maintain a viable energy balance to sustain their function. We found that the intestinal microenvironment is rich in prostaglandin E 2 (PGE 2 ), which drives mitochondrial depolarization in CD8 + T cells. Consequently, these cells engage autophagy to clear depolarized mitochondria, and enhance glutathione synthesis to scavenge reactive oxygen species (ROS) that result from mitochondrial depolarization. Impairing PGE 2 sensing promotes CD8 + T cell accumulation in the gut, while tampering with autophagy and glutathione negatively impacts the T cell population. Thus, a PGE 2 -autophagy-glutathione axis defines the metabolic adaptation of CD8 + T cells to the intestinal microenvironment, to ultimately influence the T cell pool.

Abstract Infection with helminth parasites can affect adiposity, but underlying mechanisms that regulate this process are unclear. We found that fat content of mesenteric adipose tissue (mAT) declined in mice during infection with gut-restricted parasitic worms. This was associated with the accumulation of metabolically activated, immunostimulatory cytokine- and extracellular matrix-secreting multipotent stromal cells, which had potential to differentiate into preadipocytes. Concomitantly, mAT became infiltrated with Th2 lymphocytes that took up long-term residence and responded to signals from stromal cells by producing stromal cell-stimulating cytokines, including Amphiregulin. Signals delivered by Amphiregulin to stromal cells were required for immunity to infection. Our findings reveal intricate intercellular communication between Th2 cells and adipocyte progenitors and link immunity to intestinal infection to T cell-dependent effects on the adipocyte lineage.

We report here a central role for polyamines in T cell differentiation and function. Deficiency in ornithine decarboxylase (ODC), a critical enzyme for polyamine synthesis, resulted in a profound failure of CD4+ T cells to adopt correct subset specification, underscored by ectopic expression of multiple cytokines and lineage-defining transcription factors across TH1, TH2, TH17, and Treg polarizing conditions, and enhanced colitogenic potential. T cells deficient in deoxyhypusine synthase (DHPS) or deoxyhypusine hydroxylase (DOHH), which sequentially utilize polyamines to generate hypusine, phenocopied Odc -deficient T cells, and mice in which T cells lacked Dhps or Dohh developed colitis. Polyamine-hypusine pathway enzyme deficiency caused widespread chromatin and transcriptional dysregulation accompanied by alterations in histone methylation, histone acetylation, and TCA cycle metabolites. Epigenetic modulation by 2-hydroxyglutarate, or histone acetyltransferase inhibition, restored CD4+ T cell subset specification. Thus, polyamine synthesis via hypusine is critical for maintaining the epigenome to focus TH cell subset fidelity.