Low-dose human interleukin-2 (hIL-2) treatment is used clinically to treat autoimmune disorders due to the cytokine's preferential expansion of immunosuppressive regulatory T cells (Tregs). However, off-target immune cell activation and short serum half-life limit the clinical potential of IL-2 treatment. Recent work showed that complexes comprising hIL-2 and the anti-hIL-2 antibody F5111 overcome these limitations by preferentially stimulating Tregs over immune effector cells. Although promising, therapeutic translation of this approach is complicated by the need to optimize dosing ratios and by the instability of the cytokine/antibody complex. We leverage structural insights to engineer a single-chain hIL-2/F5111 antibody fusion protein, termed F5111 immunocytokine (IC), which potently and selectively activates and expands Tregs. F5111 IC confers protection in mouse models of colitis and checkpoint inhibitor-induced diabetes mellitus. These results provide a roadmap for IC design and establish a Treg-biased immunotherapy that could be clinically translated for autoimmune disease treatment.

Background: Mucosal mast cells (MC) are key players in IgE-mediated food allergy (FA). The evidence on the interaction between gut microbiota, MC and susceptibility to FA is contradictory. Objective: We tested the hypothesis that commensal bacteria are essential for MC migration to the gut and their maturation impacting the susceptibility to FA. Methods: The development and severity of FA symptoms was studied in sensitized germ-free (GF), conventional (CV) and mice mono-colonized with L. plantarum WCFS1 or co-housed with CV mice. MC were phenotypically and functionally characterized. Results: Systemic sensitization and oral challenge of GF mice with ovalbumin led to increased levels of specific IgE in serum compared to CV mice. Remarkably, despite the high levels of sensitization, GF mice did not develop diarrhea or anaphylactic hypothermia, common symptoms of FA. In the gut, GF mice expressed low levels of the MC tissue-homing markers CXCL1 and CXCL2 and harbored fewer MC which exhibited lower levels of MC protease-1 after challenge. Additionally, MC in GF mice were less mature as confirmed by flow-cytometry and reduced edema formation after injection of degranulation-provoking compound 48/80. Co-housing of GF mice with CV mice fully restored their susceptibility to develop FA. However, this did not occur when GF mice were mono-colonized with L. plantarum. Conclusion: Our results demonstrate that microbiota-induced maturation and gut-homing of MC is a critical step for the development of symptoms of experimental FA. This new mechanistic insight into microbiota-MC-FA axis can be exploited in the prevention and treatment of FA in humans.

Summary Low dose human interleukin-2 (hIL-2) treatment is used clinically to treat autoimmune disorders due to the cytokine’s preferential expansion of immunosuppressive regulatory T cells (T Reg s). However, high toxicity, short serum half-life, and off-target immune cell activation limit the clinical potential of IL-2 treatment. Recent work showed that complexes comprising hIL-2 and the anti-hIL-2 antibody F5111 overcome these limitations by preferentially stimulating T Reg s over immune effector cells. Although promising, therapeutic translation of this approach is complicated by the need to optimize dosing ratios and by the instability of the cytokine/antibody complex. We leveraged structural insights to engineer a single-chain hIL-2/F5111 antibody fusion protein, termed F5111 immunocytokine (IC), that potently and selectively activates and expands T Reg s. F5111 IC conferred protection in mouse models of colitis and checkpoint inhibitor-induced diabetes mellitus. These results provide a roadmap for IC design and establish a T Reg -biased immunotherapy that could be clinically translated for autoimmune disease treatment.