T cell functional differentiation is mediated by lineage-specific transcription factors. T helper 17 (Th17) has been recently identified as a distinct Th lineage mediating tissue inflammation. Retinoic acid receptor-related orphan receptor γ (RORγ) was shown to regulate Th17 differentiation; RORγ deficiency, however, did not completely abolish Th17 cytokine expression. Here, we report Th17 cells highly expressed another related nuclear receptor, RORα, induced by transforming growth factor-β and interleukin-6 (IL-6), which is dependent on signal transducer and activator of transcription 3. Overexpression of RORα promoted Th17 differentiation, possibly through the conserved noncoding sequence 2 in Il17-Il17f locus. RORα deficiency resulted in reduced IL-17 expression in vitro and in vivo. Furthermore, RORα and RORγ coexpression synergistically led to greater Th17 differentiation. Double deficiencies in RORα and RORγ globally impaired Th17 generation and completely protected mice against experimental autoimmune encephalomyelitis. Therefore, Th17 differentiation is directed by two lineage-specific nuclear receptors, RORα and RORγ.

After activation, CD4+ helper T (Th) cells differentiate into distinct effector subsets. Although chemokine (C-X-C motif) receptor 5-expressing T follicular helper (Tfh) cells are important in humoral immunity, their developmental regulation is unclear. Here we show that Tfh cells had a distinct gene expression profile and developed in vivo independently of the Th1 or Th2 cell lineages. Tfh cell generation was regulated by ICOS ligand (ICOSL) expressed on B cells and was dependent on interleukin-21 (IL-21), IL-6, and signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3). However, unlike Th17 cells, differentiation of Tfh cells did not require transforming growth factor β (TGF-β) or Th17-specific orphan nuclear receptors RORα and RORγ in vivo. Finally, naive T cells activated in vitro in the presence of IL-21 but not TGF-β signaling preferentially acquired Tfh gene expression and promoted germinal-center reactions in vivo. This study thus demonstrates that Tfh is a distinct Th cell lineage.

T helper (Th) 17 cells have been recently discovered in both mouse and human. Here we show that interleukin-1 (IL-1) signaling on T cells is critically required for the early programming of Th17 cell lineage and Th17 cell-mediated autoimmunity. IL-1 receptor1 expression in T cells, which was induced by IL-6, was necessary for the induction of experimental autoimmune encephalomyelitis and for early Th17 cell differentiation in vivo. Moreover, IL-1 signaling in T cells was required in dendritic cell-mediated Th17 cell differentiation from naive or regulatory precursors and IL-1 synergized with IL-6 and IL-23 to regulate Th17 cell differentiation and maintain cytokine expression in effector Th17 cells. Importantly, IL-1 regulated the expression of the transcription factors IRF4 and RORγt during Th17 cell differentiation; overexpression of these two factors resulted in IL-1-independent Th17 cell polarization. Our data thus indicate a critical role of IL-1 in Th17 cell differentiation and this pathway may serve as a unique target for Th17 cell-mediated immunopathology.

Regulatory T (Treg) and T helper 17 (Th17) cells were recently proposed to be reciprocally regulated during differentiation. To understand the underlying mechanisms, we utilized a Th17 reporter mouse with a red fluorescent protein (RFP) sequence inserted into the interleukin-17F (IL-17F) gene. Using IL-17F-RFP together with a Foxp3 reporter, we found that the development of Th17 and Foxp3+ Treg cells was associated in immune responses. Although TGF-β receptor I signaling was required for both Foxp3 and IL-17 induction, SMAD4 was only involved in Foxp3 upregulation. Foxp3 inhibited Th17 differentiation by antagonizing the function of the transcription factors RORγt and RORα. In contrast, IL-6 overcame this suppressive effect of Foxp3 and, together with IL-1, induced genetic reprogramming in Foxp3+ Treg cells. STAT3 regulated Foxp3 downregulation, whereas STAT3, RORγ, and RORα were required for IL-17 expression in Treg cells. Our data demonstrate molecular antagonism and plasticity of Treg and Th17 cell programs.

Th17 and regulatory T (Treg) cells play opposite roles in autoimmune diseases. However, the mechanisms underlying their proper migration to inflammatory tissues are unclear. In this study, we report that these two T cell subsets both express CCR6. CCR6 expression in Th17 cells is regulated by TGF-beta and requires two nuclear receptors, RORalpha and RORgamma. Th17 cells also express the CCR6 ligand CCL20, which is induced synergistically by TGF-beta and IL-6, which requires STAT3, RORgamma and IL-21. Th17 cells, by producing CCL20, promote migration of Th17 and Treg cells in vitro in a CCR6-dependent manner. Lack of CCR6 in Th17 cells reduces the severity of experimental autoimmune encephalomyelitis and Th17 and Treg recruitment into inflammatory tissues. Similarly, CCR6 on Treg cells is also important for their recruitment into inflammatory tissues. Our data indicate an important role of CCR6 in Treg and Th17 cell migration.

In this issue, Thomas Kupper and colleagues report that mice deficient for ROR-γ or interleukin-23 (IL-23) receptor showed impaired melanoma growth. Tumor growth inhibition was dependent in part on IL-9 and T helper type 9 (TH9) cells. Moreover, the authors showed that IL-9 acts on mast cells rather than T or B cells to mediate its antitumor effects and that TH9 cells are present in human blood and skin, suggesting that a role for TH9 cells in human tumor immunity should be explored. Interleukin-9 (IL-9) is a T cell cytokine that acts through a γC-family receptor on target cells and is associated with inflammation and allergy. We determined that T cells from mice deficient in the T helper type 17 (TH17) pathway genes encoding retinoid-related orphan receptor γ (ROR-γ) and IL-23 receptor (IL-23R) produced abundant IL-9, and we found substantial growth inhibition of B16F10 melanoma in these mice. IL-9–blocking antibodies reversed this tumor growth inhibition and enhanced tumor growth in wild-type (WT) mice. Il9r−/− mice showed accelerated tumor growth, and administration of recombinant IL-9 (rIL-9) to tumor-bearing WT and Rag1−/− mice inhibited melanoma as well as lung carcinoma growth. Adoptive transfer of tumor-antigen–specific TH9 cells into both WT and Rag1−/− mice suppressed melanoma growth; this effect was abrogated by treatment with neutralizing antibodies to IL-9. Exogenous rIL-9 inhibited tumor growth in Rag1−/− mice but not in mast-cell–deficient mice, suggesting that the targets of IL-9 in this setting include mast cells but not T or B cells. In addition, we found higher numbers of TH9 cells in normal human skin and blood compared to metastatic lesions of subjects with progressive stage IV melanoma. These results suggest a role for IL-9 in tumor immunity and offer insight into potential therapeutic strategies.

Abstract Chronically elevated intraocular pressure (IOP) is the major risk factor of primary open- angle glaucoma, a leading cause of blindness. Dysfunction of the trabecular meshwork (TM), which controls the outflow of aqueous humor (AqH) from the anterior chamber, is the major cause of elevated IOP. Here, we demonstrate that mice deficient in the Krüppel- like zinc finger transcriptional factor GLI-similar-1 (GLIS1) develop chronically elevated IOP. Magnetic resonance imaging and histopathological analysis reveal that deficiency in GLIS1 expression induces progressive degeneration of the TM, leading to inefficient AqH drainage from the anterior chamber and elevated IOP. Transcriptome and cistrome analyses identified several glaucoma- and extracellular matrix-associated genes as direct transcriptional targets of GLIS1. We also identified a significant association between GLIS1 variant rs941125 and glaucoma in humans ( P =4.73x10 -6 ), further supporting a role for GLIS1 into glaucoma etiology. Our study identifies GLIS1 as a critical regulator of TM function and maintenance, AqH dynamics, and IOP.