House dust mite allergen (HDM) is a potent trigger of airway inflammation. Dendritic cells (DCs) and lung epithelial cells both express the pathogen receptor TLR4, which senses lipopolysaccharide contaminating the allergen. Bart Lambrecht and his colleagues show that TLR4 on the epithelial cells, not the DCs, is the primary sensor of HDM. TLR4 on these lung structural cells is required for recruitment of DCs and the induction of allergic inflammation in response to HDM ( pages 366–367 ). Barrier epithelial cells and airway dendritic cells (DCs) make up the first line of defense against inhaled substances such as house dust mite (HDM) allergen and endotoxin (lipopolysaccharide, LPS). We hypothesized that these cells need to communicate with each other to cause allergic disease. We show in irradiated chimeric mice that Toll-like receptor 4 (TLR4) expression on radioresistant lung structural cells, but not on DCs, is necessary and sufficient for DC activation in the lung and for priming of effector T helper responses to HDM. TLR4 triggering on structural cells caused production of the innate proallergic cytokines thymic stromal lymphopoietin, granulocyte-macrophage colony–stimulating factor, interleukin-25 and interleukin-33. The absence of TLR4 on structural cells, but not on hematopoietic cells, abolished HDM-driven allergic airway inflammation. Finally, inhalation of a TLR4 antagonist to target exposed epithelial cells suppressed the salient features of asthma, including bronchial hyperreactivity. Our data identify an innate immune function of airway epithelial cells that drives allergic inflammation via activation of mucosal DCs.

Cells lining the gastrointestinal tract serve as both a barrier to and a pathway for infectious agent entry. Dendritic cells (DCs) present in the lamina propria under the columnar villus epithelium of the small bowel extend processes across this epithelium and capture bacteria, but previous studies provided limited information on the nature of the stimuli, receptors, and signaling events involved in promoting this phenomenon. Here, we use immunohistochemical as well as dynamic explant and intravital two-photon imaging to investigate this issue. Analysis of CD11c-enhanced green fluorescent protein (EGFP) or major histocompatibility complex CII-EGFP mice revealed that the number of trans-epithelial DC extensions, many with an unusual "balloon" shape, varies along the length of the small bowel. High numbers of such extensions were found in the proximal jejunum, but only a few were present in the terminal ileum. The extensions in the terminal ileum markedly increased upon the introduction of invasive or noninvasive Salmonella organisms, and chimeric mouse studies revealed the key role of MyD88-dependent Toll-like receptor (TLR) signaling by nonhematopoietic (epithelial) elements in the DC extension response. Collectively, these findings support a model in which epithelial cell TLR signaling upon exposure to microbial stimuli induces active DC sampling of the gut lumen at sites distant from organized lymphoid tissues.

Lymphodepletion with total body irradiation (TBI) increases the efficacy of adoptively transferred tumor-specific CD8+ T cells by depleting inhibitory lymphocytes and increasing homeostatic cytokine levels. We found that TBI augmented the function of adoptively transferred CD8+ T cells in mice genetically deficient in all lymphocytes, indicating the existence of another TBI mechanism of action. Additional investigation revealed commensal gut microflora in the mesenteric lymph nodes and elevated LPS levels in the sera of irradiated mice. These findings correlated with increased dendritic cell activation and heightened levels of systemic inflammatory cytokines. Reduction of host microflora using antibiotics, neutralization of serum LPS using polymyxin B, or removal of LPS signaling components using mice genetically deficient in CD14 and TLR4 reduced the beneficial effects of TBI on tumor regression. Conversely, administration of microbial ligand–containing serum or ultrapure LPS from irradiated animals to nonirradiated antibody-lymphodepleted mice enhanced CD8+ T cell activation and improved tumor regression. Administration of ultrapure LPS to irradiated animals further enhanced the number and function of the adoptively transferred cells, leading to long-term cure of mice with large B16F10 tumors and enhanced autoimmune vitiligo. Thus, disruption of the homeostatic balance between the host and microbes can enhance cell-based tumor immunotherapy.

Objective

 CD103⁺ gut dendritic cells (DCs) have been shown to be required for de novo conversion of adaptive T regulatory (Treg) cells. Indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) is an enzyme involved in tryptophan catabolism that is expressed by DCs isolated from tumour-draining lymph nodes. IDO-expressing DCs sustain and differentiate Tregs. The aim of this study was to investigate the expression and the possible physiological role of IDO in the tolerogenic properties of intestinal DCs. 

Design

 The expression level of IDO in CD103⁺ and CD103⁻ DCs was analysed by qRT-PCR, western blot and immunofluorescence. CD103⁺ and CD103⁻ DCs were sorted from mesenteric lymph nodes (MLNs) and the small intestinal lamina propria, and the role of IDO in the conversion of Tregs and Th effector cell development was evaluated via specific inhibition or gene deletion. Oral tolerance, experimental colitis and T cell differentiation in vivo were assessed upon IDO inactivation. 

Results

 We show that, primarily, CD103⁺ but not CD103⁻ gut DCs express IDO whose inhibition results in reduced CD4⁺Foxp3⁺ T regulatory cell conversion and enhanced T cell proliferation. When IDO was inhibited or genetically deleted there was an increase in Th1 and Th17 differentiation both in vitro and in vivo. Finally, in vivo IDO blockade affected the development of Tregs specific for orally administered antigens, impaired oral tolerance induction and exacerbated colitis. 

Conclusions

 We identified a new IDO-dependent pathway leading to acquisition of tolerogenic functions in mucosal CD103-expressing DCs, indicating IDO as a possible therapeutic target for gut disorders.

Abstract

 Intestinal dendritic cells (DCs) have been shown to display specialized functions, including the ability to promote gut tropism to lymphocytes, to polarize noninflammatory responses, and to drive the differentiation of adaptive Foxp3⁺ regulatory T (T_reg) cells. However, very little is known about what drives the mucosal phenotype of DCs. Here, we present evidence that the local microenvironment, and in particular intestinal epithelial cells (ECs), drive the differentiation of T_reg-cell-promoting DCs, which counteracts Th1 and Th17 development. EC-derived transforming growth factor-β (TGF-β) and retinoic acid (RA), but not thymic stromal lymphopoietin (TSLP), were found to be required for DC conversion. After EC contact, DCs upregulated CD103 and acquired a tolerogenic phenotype. EC-conditioned DCs were capable of inducing de novo T_reg cells with gut-homing properties that when adoptively transferred, protected mice from experimental colitis. Thus, we have uncovered an essential mechanism in which EC control of DC function is required for tolerance induction.

Green synthesis from plant waste involves the generation of functional nanoparticles (NPs), offering significant potential for a wide range of applications. Numerous studies have focused on the use of plant extracts to produce AuNPs suitable for various applications in the medical field, particularly in photothermal therapy and cancer therapy, owing to their plasmonic properties. Moreover, NP-mediated immunostimulation and immunosuppression is an intriguing field of research, focusing on how manipulation of NP physicochemical properties can influence their inter-action with immune cells and immune modulation. However, to date, few investigations have been conducted on the modulation of the inflammatory response mediated by green-synthesized nanostructures. To this aim, we synthesized AuNPs using extracts of Laurus nobilis, which exhibit high crystallinity and are inherently coated by a dense network of polyphenols, thus maintaining stability on their surface through the green synthesis approach. Then, in order to explore how these green-synthesized nanostructures can enhance or suppress the inflammatory cellular responses, we investigated the response of free polyphenols and AuNPs@polyphenols in murine bone marrow derived dendritic cells (BMDCs), by means of morphomechanical analysis and biochemical assays. Our findings demonstrated that DCs exposed to both free polyphenol extract and AuNPs@polyphenols were able to inhibit the secretion of crucial inflammatory mediators in response to lipopolysaccharide (LPS) administration. Therefore, polyphenols immobilized on Au surface were more effective in the inflammation suppression. These evidence paving the way for a powerful strategy to develop edible anti-inflammatory adjuvants, overcoming the limitations associated with the use of free polyphenols in clinical practice.

Abstract The colonic epithelium is the most rapidly renewing tissue in the body and is organized into a single cell layer of invaginations called crypts. Crypt renewal occurs through Lgr5+ gut stem cells situated at the crypt base, which divide, produce daughter cells that proliferate, migrate, differentiate into all the cells required for normal gut function (eg. Goblet cells, enterocytes), and are finally shed into the crypt lumen. In health this rapid renewal helps maintain barrier function next to the hostile gut luminal environment that contains microbes and food. In parallel, the peri-cryptal lamina propria hosts the largest monocyte-derived macrophage population in the human body. Different macrophage phenotypes have been associated with intestinal health/intact barrier function, namely M2 compared to M1 macrophages that indicate inflammation/compromised barrier function. However, the direct effect of different macrophage subtypes have on colonic crypt renewal is not well understood. In this study we have utilized a reductionist 3D in vitro co-culture model to determine the regulatory capacity of M1 and M2 macrophages on colonic crypt renewal. We show that colonic crypt proliferation is increased in the presence of M1 or M2 macrophages, while we further demonstrate that a decrease in goblet and tuft cell expression as well as an increase in Lgr5+ stem cell numbers is only achieved through M1-crypt crosstalk in a contact dependent manner.