BACKGROUND. Immune checkpoint blockade is revolutionizing therapy for advanced cancer, but many patients do not respond to treatment. The identification of robust biomarkers that predict clinical response to specific checkpoint inhibitors is critical in order to stratify patients and to rationally select combinations in the context of an expanding array of therapeutic options.

The skin is a site of constant dialog between the immune system and commensal bacteria. However, the molecular mechanisms that allow us to tolerate the presence of skin commensals without eliciting destructive inflammation are unknown. Using a model system to study the antigen-specific response to S. epidermidis, we demonstrated that skin colonization during a defined period of neonatal life was required for establishing immune tolerance to commensal microbes. This crucial window was characterized by an abrupt influx of highly activated regulatory T (Treg) cells into neonatal skin. Selective inhibition of this Treg cell wave completely abrogated tolerance. Thus, the host-commensal relationship in the skin relied on a unique Treg cell population that mediated tolerance to bacterial antigens during a defined developmental window. This suggests that the cutaneous microbiome composition in neonatal life is crucial in shaping adaptive immune responses to commensals, and disrupting these interactions might have enduring health implications.

Regulatory T cells (Tregs), which are characterized by expression of the transcription factor Foxp3, are a dynamic and heterogeneous population of cells that control immune responses and prevent autoimmunity. We recently identified a subset of Tregs in murine skin with properties typical of memory cells and defined this population as memory Tregs (mTregs). Due to the importance of these cells in regulating tissue inflammation in mice, we analyzed this cell population in humans and found that almost all Tregs in normal skin had an activated memory phenotype. Compared with mTregs in peripheral blood, cutaneous mTregs had unique cell surface marker expression and cytokine production. In normal human skin, mTregs preferentially localized to hair follicles and were more abundant in skin with high hair density. Sequence comparison of TCRs from conventional memory T helper cells and mTregs isolated from skin revealed little homology between the two cell populations, suggesting that they recognize different antigens. Under steady-state conditions, mTregs were nonmigratory and relatively unresponsive; however, in inflamed skin from psoriasis patients, mTregs expanded, were highly proliferative, and produced low levels of IL-17. Taken together, these results identify a subset of Tregs that stably resides in human skin and suggest that these cells are qualitatively defective in inflammatory skin disease.

Human blood and lymph contain circulating CD4 + CD103 + cutaneous resident memory T cells that can seed distant skin sites. See the related Focus by Carbone and Gebhardt .

Abstract After activation, CD4 + T helper (Th) cells differentiate into functionally specialized populations that coordinate distinct immune responses and protect against different types of pathogens. In humans, these effector and memory Th cell subsets can be readily identified in peripheral blood based on their differential expression of chemokine receptors that govern their homeostatic and inflammatory trafficking. Foxp3 + regulatory T (Treg) cells can also be divided into subsets that phenotypically mirror each of these effector populations, and share expression of key transcription factors and effector cytokines. In this study, we performed comprehensive transcriptional profiling of 11 phenotypically distinct Th and Treg cell subsets sorted from peripheral blood of healthy individuals. Despite their shared phenotypes, we found that mirror Th and Treg subsets were transcriptionally dissimilar, and that Treg cell populations showed limited transcriptional diversity compared to Th cells. We identified core transcriptional signatures shared across all Th and Treg cell populations, and unique signatures that define each of the Th or Treg populations. Finally, we applied these signatures to bulk Th and Treg RNA-seq data and found enrichment of specific Th and Treg cell populations in different human tissues. These results further define the molecular basis for the functional specialization and differentiation of Th and Treg cell populations, and provide a new resource for examining Th and Treg specialization in RNA-seq data.

T cells and structural cells coordinate appropriate inflammatory responses and restoration of barrier integrity following insult. Dysfunctional T cell activity precipitates tissue pathology that occurs alongside disease-associated alterations of structural cell subsets, but the mechanisms by which T cells promote these changes remain unclear. We show that subsets of circulating and skin-resident CD4+ T cells promote distinct transcriptional outcomes in human keratinocytes and dermal fibroblasts that correspond with divergent T cell cytokine production. Using these transcriptional signatures, we identify T cell-dependent outcomes associated with inflammatory skin disease, including a set of Th17 cell-induced genes in keratinocytes that are enriched in the skin during psoriasis and normalized by anti-IL-17 therapy, and a skin-resident T cell-induced gene module enriched in scleroderma-associated fibroblasts. Interrogating clinical data using T cell-derived structural cell gene networks enables investigation of the immune-dependent contribution to inflammatory disease and the heterogeneous patient response to biologic therapy.

Genetic activation of Hedgehog (HH)/GLI signaling causes basal cell carcinoma (BCC), a very frequent non-melanoma skin cancer. Small molecule targeting of the essential HH effector Smoothened (SMO) proved an efficient medical therapy of BCC, although lack of durable responses and frequent development of drug resistance pose major challenges to anti-HH treatments. In light of the recent breakthroughs in cancer immunotherapy, we analyzed in detail the possible immunosuppressive mechanisms in HH/GLI-induced BCC. Using a genetic mouse model of BCC, we identified profound differences in the infiltration of BCC lesions with cells of the adaptive and innate immune system. Epidermal activation of HH/GLI led to an accumulation of immunosuppressive regulatory T cells, and to an increased expression of immune checkpoint molecules including PD-1/PD-L1. Anti-PD1 monotherapy, however, did not reduce tumor growth, presumably due to the lack of immunogenic mutations in common BCC mouse models, as shown by whole-exome sequencing. BCC lesions also displayed a marked infiltration with neutrophils, the depletion of which unexpectedly promoted BCC growth. The results provide a comprehensive survey of the immune status of murine BCC and provide a basis for the design of efficacious rational combination treatments. This study also underlines the need for predictive immunogenic mouse models of BCC to evaluate in vivo the efficacy of immunotherapeutic strategies.

The blood of human adults contains a pool of circulating CD4+ memory T cells and normal human skin contains a CD4+CD69+ memory T cell population that produce IL17 in response to Candida albicans. Here we studied the generation of CD4+CD69+ memory T cells in human skin from a pool of circulating CD4+ memory T cells. Using adoptive transfer of human PBMC into a skin-humanized mouse model we discovered the generation of CD4+CD69+ resident memory T cells in human skin in absence of infection or inflammation. These CD4+CD69+ resident memory T cells were activated and displayed heightened effector function in response to Candida albicans. These studies demonstrate that a CD4+CD69+ T cell population can be established in human skin from a pool of circulating CD4+ memory T cells in absence of infection/inflammation. The described process might be a novel way to spread antigen-specific immunity at large barrier sites even in absence of infection or inflammation.

Abstract Human skin contains a population of memory T cells that support tissue homeostasis and provide protective immunity. The study of human memory T cells is often restricted to in vitro studies and to human PBMC serving as primary cell source. Because the tisse environment impacts the phenotype and function of memory T cells, it is crucial to study these cells within their tissue. Here we utilized immunodeficient NOD- scid IL2rγ null (NSG) mice that carried in vivo- generated engineered human skin (ES). ES were generated from human keratinocytes and fibroblasts and is initially devoid of skin-resident immune cells. Upon adoptive transfer of human PBMC this reductionist system allowed to study human T cell recruitment from a circulating pool of T cells into non-inflamed human skin in vivo . Circulating human memory T cells preferentially infiltrated ES and showed diverse functional profiles of T cells found in fresh human skin. The chemokine and cytokine microenvironment of ES closely resembled that of non-inflamed human skin. Upon entering the ES T cells assumed a resident memory T cell-like phenotype in the absence of infection, and a proportion of these cutaneous T cells can be locally activated upon injection of monocyte derived dendritic cells (moDCs) that presented Candida albicans . Interestingly, we found that CD69 + memory T cells produced higher levels of effector cytokines in response to Candida albicans , compared to CD69 - T cells. Overall, this model has broad utility in many areas of human skin immunology research, including the study of immune-mediated skin diseases.