The in vivo requirements for human natural killer (NK) cell development and differentiation into cytotoxic effectors expressing inhibitory receptors for self–major histocompatability complex class I (MHC-I; killer Ig-like receptors [KIRs]) remain undefined. Here, we dissect the role of interleukin (IL)-15 in human NK cell development using Rag2−/−γc−/− mice transplanted with human hematopoietic stem cells. Human NK cell reconstitution was intrinsically low in this model because of the poor reactivity to mouse IL-15. Although exogenous human IL-15 (hIL-15) alone made little improvement, IL-15 coupled to IL-15 receptor α (IL-15Rα) significantly augmented human NK cells. IL-15–IL-15Rα complexes induced extensive NK cell proliferation and differentiation, resulting in accumulation of CD16+KIR+ NK cells, which was not uniquely dependent on enhanced survival or preferential responsiveness of this subset to IL-15. Human NK cell differentiation in vivo required hIL-15 and progressed in a linear fashion from CD56hiCD16−KIR− to CD56loCD16+KIR−, and finally to CD56loCD16+KIR+. These data provide the first evidence that IL-15 trans-presentation regulates human NK cell homeostasis. Use of hIL-15 receptor agonists generates a robust humanized immune system model to study human NK cells in vivo. IL-15 receptor agonists may provide therapeutic tools to improve NK cell reconstitution after bone marrow transplants, enhance graft versus leukemia effects, and increase the pool of IL-15–responsive cells during immunotherapy strategies.

Abstract We show that the lymphoid hyperplasia observed in IL-2Rα- and IL-2-deficient mice is due to the lack of a population of regulatory cells essential for CD4 T cell homeostasis. In chimeras reconstituted with bone marrow cells from IL-2Rα-deficient donors, restitution of a population of CD25+CD4+ T cells prevents the chaotic accumulation of lymphoid cells, and rescues the mice from autoimmune disease and death. The reintroduction of IL-2-producing cells in IL-2-deficient chimeras establishes a population of CD25+CD4+ T cells, and restores the peripheral lymphoid compartments to normal. The CD25+CD4+ T cells regulated selectively the number of naive CD4+ T cells transferred into T cell-deficient hosts. The CD25+CD4+/naive CD4 T cell ratio and the sequence of cell transfer determines the homeostatic plateau of CD4+ T cells. Overall, our findings demonstrate that IL-2Rα is an absolute requirement for the development of the regulatory CD25+CD4+ T cells that control peripheral CD4 T cell homeostasis, while IL-2 is required for establishing a sizeable population of these cells in the peripheral pools.

Fetal liver progenitor cell suspensions (FLPC) and hepatic precursor cells derived from embryonic stem cells (ES-HPC) represent a potential source for liver cell therapy. However, the relative capacity of these cell types to engraft and repopulate a recipient liver compared with adult hepatocytes (HC) has not been comprehensively assessed. We transplanted mouse and human HC, FLPC, and ES-HPC into a new immunodeficient mouse strain (Alb-uPA(tg(+/-))Rag2(-/-)gamma(c)(-/-) mice) and estimated the percentages of HC after 3 months. Adult mouse HC repopulated approximately half of the liver mass (46.6 +/- 8.0%, 1 x 10(6) transplanted cells), whereas mouse FLPC derived from day 13.5 and 11.5 post conception embryos generated only 12.1 +/- 3.0% and 5.1 +/- 1.1%, respectively, of the recipient liver and smaller cell clusters. Adult human HC and FLPC generated overall less liver tissue than mouse cells and repopulated 10.0 +/- 3.9% and 2.7 +/- 1.1% of the recipient livers, respectively. Mouse and human ES-HPC did not generate HC clusters in our animal model. We conclude that, in contrast to expectations, adult HC of human and mouse origin generate liver tissue more efficiently than cells derived from fetal tissue or embryonic stem cells in a highly immunodeficient Alb-uPA transgenic mouse model system. These results have important implications in the context of selecting the optimal strategy for human liver cell therapies.