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Paul deRoos
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Regulatory T-cell suppressor program co-opts transcription factor IRF4 to control TH2 responses

Ye Zheng et al.Feb 1, 2009
The X-chromosome-encoded transcription factor Foxp3 is thought to play a key role in the immune response as a regulator of the differentiation and suppressor function of regulatory T cells (Treg cells). Zheng et al. show here that regulatory T cells express the transcription factor IRF4 (interferon regulatory factor-4), which is essential for the differentiation of TH2 effector cells, and that IRF4 expression is dependent on Foxp3. IRF4 depletion in Treg cells induces TH2-driven autoimmune disease, leading the authors to suggest that IRF4 directs a module within Treg cells which selectively suppressesTH2 responses. This paper shows that regulatory T (Treg) cells express the transcription factor IRF4, which is essential for the differentiation of TH2 effector cells. IRF4 depletion in Treg cells induces TH2-driven autoimmune disease, leading the authors to suggest that IRF4 directs a module within Treg cells that selectively suppresses TH2 responses. In the course of infection or autoimmunity, particular transcription factors orchestrate the differentiation of TH1, TH2 or TH17 effector cells, the responses of which are limited by a distinct lineage of suppressive regulatory T cells (Treg). Treg cell differentiation and function are guided by the transcription factor Foxp3, and their deficiency due to mutations in Foxp3 results in aggressive fatal autoimmune disease associated with sharply augmented TH1 and TH2 cytokine production1,2,3. Recent studies suggested that Foxp3 regulates the bulk of the Foxp3-dependent transcriptional program indirectly through a set of transcriptional regulators serving as direct Foxp3 targets4,5. Here we show that in mouse Treg cells, high amounts of interferon regulatory factor-4 (IRF4), a transcription factor essential for TH2 effector cell differentiation, is dependent on Foxp3 expression. We proposed that IRF4 expression endows Treg cells with the ability to suppress TH2 responses. Indeed, ablation of a conditional Irf4 allele in Treg cells resulted in selective dysregulation of TH2 responses, IL4-dependent immunoglobulin isotype production, and tissue lesions with pronounced plasma cell infiltration, in contrast to the mononuclear-cell-dominated pathology typical of mice lacking Treg cells. Our results indicate that Treg cells use components of the transcriptional machinery, promoting a particular type of effector CD4+ T cell differentiation, to efficiently restrain the corresponding type of the immune response.
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Single-cell analysis of normal and FOXP3-mutant human T cells: FOXP3 expression without regulatory T cell development

Marc Gavin et al.Apr 15, 2006
Forkhead winged-helix transcription factor Foxp3 serves as the dedicated mediator of the genetic program governing CD25 + CD4 + regulatory T cell (T r ) development and function in mice. In humans, its role in mediating T r development has been controversial. Furthermore, the fate of T r precursors in FOXP3 deficiency has yet to be described. Making use of flow cytometric detection of human FOXP3, we have addressed the relationship between FOXP3 expression and human T r development. Unlike murine Foxp3 − T cells, a small subset of human CD4 + and CD8 + T cells transiently up-regulated FOXP3 upon in vitro stimulation. Induced FOXP3, however, did not alter cell-surface phenotype or suppress T helper 1 cytokine expression. Furthermore, only ex vivo FOXP3 + T r cells persisted after prolonged culture, suggesting that induced FOXP3 did not activate a T r developmental program in a significant number of cells. FOXP3 flow cytometry was also used to further characterize several patients exhibiting symptoms of immune dysregulation, polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked syndrome (IPEX) with or without FOXP3 mutations. Most patients lacked FOXP3-expressing cells, further solidifying the association between FOXP3 deficiency and immune dysregulation, polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked syndrome. Interestingly, one patient bearing a FOXP3 mutation enabling expression of stable FOXP3 mut protein exhibited FOXP3 mut -expressing cells among a subset of highly activated CD4 + T cells. This observation raises the possibility that the severe autoimmunity in FOXP3 deficiency can be attributed, in part, to aggressive T helper cells that have developed from T r precursors.
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Activation of the zinc-sensing receptor GPR39 promotes T-cell reconstitution after hematopoietic cell transplant in mice

Lorenzo Iovino et al.Jun 23, 2022
Abstract Prolonged lymphopenia represents a major clinical problem after cytoreductive therapies such as chemotherapy and the conditioning required for hematopoietic stem cell transplant (HCT), contributing to the risk of infections and malignant relapse. Restoration of T-cell immunity depends on tissue regeneration in the thymus, the primary site of T-cell development, although the capacity of the thymus to repair itself diminishes over its lifespan. However, although boosting thymic function and T-cell reconstitution is of considerable clinical importance, there are currently no approved therapies for treating lymphopenia. Here we found that zinc (Zn) is critically important for both normal T-cell development and repair after acute damage. Accumulated Zn in thymocytes during development was released into the extracellular milieu after HCT conditioning, where it triggered regeneration by stimulating endothelial cell production of BMP4 via the cell surface receptor GPR39. Dietary supplementation of Zn was sufficient to promote thymic function in a mouse model of allogeneic HCT, including enhancing the number of recent thymic emigrants in circulation although direct targeting of GPR39 with a small molecule agonist enhanced thymic function without the need for prior Zn accumulation in thymocytes. Together, these findings not only define an important pathway underlying tissue regeneration but also offer an innovative preclinical approach to treat lymphopenia in HCT recipients.
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Attenuation of homeostatic signaling from apoptotic thymocytes triggers a global regenerative response in the thymus

Sinéad Kinsella et al.Sep 1, 2020
ABSTRACT The molecular triggers of organotypic tissue repair are unknown. The thymus, which is the primary site of T cell development, is a model of tissue damage and regeneration as it is particularly sensitive to insult, but also has a remarkable capacity for repair. However, acute and profound damage, such as that caused by common cytoreductive therapies or age-related decline, lead to involution of the thymus and prolonged T cell deficiency, precipitating life-threatening infections and malignant relapse. Consequently, there is an unmet need to boost thymic function and enhance T cell immunity. Here, we demonstrate an innate trigger of the reparative response in the thymus, centered on the attenuation of signaling directly downstream of apoptotic cell detection as thymocytes are depleted after acute damage. We found that the intracellular pattern recognition receptor NOD2, via induction of microRNA-29c, suppressed the induction of the regenerative factors IL-23 and BMP4, from thymic dendritic cells (DCs) and endothelial cells (ECs), respectively. During steady-state, when a high proportion of thymocytes are undergoing apoptosis (as a consequence of selection events during T cell development), this suppressive pathway is constitutively activated by the detection of exposed phosphatidylserine on apoptotic thymocytes by cell surface TAM receptors on DCs and ECs, with subsequent downstream activation of the Rho GTPase Rac1. However, after damage, when profound cell depletion occurs across the thymus, the TAM-Rac1-NOD2-miR29c pathway is abrogated, therefore triggering the increase in IL-23 and BMP4 levels. Importantly, this pathway could be modulated pharmacologically by inhibiting Rac1 GTPase activation with the small molecule inhibitor EHT1864, leading to increased thymic function and T cell recovery after acute damage. In conclusion, our work not only represents a novel regenerative strategy for restoring immune competence in patients whose thymic function has been compromised due to cytoreductive conditioning, infection, or age; but also, identifies a mechanism by which tissue regenerative responses are triggered.
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Damage-induced pyroptosis drives endogenous thymic regeneration via induction of Foxn1 by purinergic receptor activation

Sinéad Kinsella et al.Jan 21, 2023
Endogenous thymic regeneration is a crucial process that allows for the renewal of immune competence following stress, infection or cytoreductive conditioning. Fully understanding the molecular mechanisms driving regeneration will uncover therapeutic targets to enhance regeneration. We previously demonstrated that high levels of homeostatic apoptosis suppress regeneration and that a reduction in the presence of damage-induced apoptotic thymocytes facilitates regeneration. Here we identified that cell-specific metabolic remodeling after ionizing radiation steers thymocytes towards mitochondrial-driven pyroptotic cell death. We further identified that a key damage-associated molecular pattern (DAMP), ATP, stimulates the cell surface purinergic receptor P2Y2 on cortical thymic epithelial cells (cTECs) acutely after damage, enhancing expression of Foxn1, the critical thymic transcription factor. Targeting the P2Y2 receptor with the agonist UTPγS promotes rapid regeneration of the thymus in vivo following acute damage. Together these data demonstrate that intrinsic metabolic regulation of pyruvate processing is a critical process driving thymus repair and identifies the P2Y2 receptor as a novel molecular therapeutic target to enhance thymus regeneration.
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Activation of the Zinc-sensing receptor GPR39 promotes T cell reconstitution after hematopoietic stem cell transplant

Lorenzo Iovino et al.Sep 3, 2021
ABSTRACT Prolonged lymphopenia represents a major clinical problem after cytoreductive therapies such as chemotherapy and the conditioning required for hematopoietic stem cell transplant (HCT), contributing toward the risk of infections and malignant relapse. Restoration of T cell immunity is dependent on tissue regeneration in the thymus, the primary site of T cell development; although the capacity of the thymus to repair itself diminishes over lifespan. However, although boosting thymic function and T cell reconstitution is of considerable clinical importance, there are currently no approved therapies for treating lymphopenia. Here we found that Zinc (Zn), is critically important for both normal T cell development as well as repair after acute damage. Accumulated Zn in thymocytes during development was released into the extracellular milieu after HCT conditioning, where it triggered regeneration by stimulating endothelial cell-production of BMP4 via the cell surface receptor GPR39. Dietary supplementation of Zn was sufficient to promote thymic function in a mouse model of allogeneic HCT, including enhancing the number of recent thymic emigrants in circulation; although direct targeting of GPR39 with a small molecule agonist enhanced thymic function without the need for prior Zn accumulation in thymocytes. Together, these findings not only define an important pathway underlying tissue regeneration, but also offer an innovative preclinical approach to treat lymphopenia in HCT recipients. KEY POINTS Thymocytes release zinc after HCT conditioning is sensed by GPR39 and promotes epithelial repair Pharmacologic stimulation of GPR39 promotes T cell reconstitution after HCT