Cells must amplify external signals to orient and migrate in chemotactic gradient fields. We find that human neutrophils release adenosine triphosphate (ATP) from the leading edge of the cell surface to amplify chemotactic signals and direct cell orientation by feedback through P2Y2 nucleotide receptors. Neutrophils rapidly hydrolyze released ATP to adenosine that then acts via A3-type adenosine receptors, which are recruited to the leading edge, to promote cell migration. Thus, ATP release and autocrine feedback through P2Y2 and A3 receptors provide signal amplification, controlling gradient sensing and migration of neutrophils.

Microglia, the brain’s resident macrophages, help to regulate brain function by removing dying neurons, pruning non-functional synapses, and producing ligands that support neuronal survival1. Here we show that microglia are also critical modulators of neuronal activity and associated behavioural responses in mice. Microglia respond to neuronal activation by suppressing neuronal activity, and ablation of microglia amplifies and synchronizes the activity of neurons, leading to seizures. Suppression of neuronal activation by microglia occurs in a highly region-specific fashion and depends on the ability of microglia to sense and catabolize extracellular ATP, which is released upon neuronal activation by neurons and astrocytes. ATP triggers the recruitment of microglial protrusions and is converted by the microglial ATP/ADP hydrolysing ectoenzyme CD39 into AMP; AMP is then converted into adenosine by CD73, which is expressed on microglia as well as other brain cells. Microglial sensing of ATP, the ensuing microglia-dependent production of adenosine, and the adenosine-mediated suppression of neuronal responses via the adenosine receptor A1R are essential for the regulation of neuronal activity and animal behaviour. Our findings suggest that this microglia-driven negative feedback mechanism operates similarly to inhibitory neurons and is essential for protecting the brain from excessive activation in health and disease. Microglia, the brain’s immune cells, suppress neuronal activity in response to synaptic ATP release and alter behavioural responses in mice.

Exhausted T cells express multiple co-inhibitory molecules that impair their function and limit immunity to chronic viral infection. Defining novel markers of exhaustion is important both for identifying and potentially reversing T cell exhaustion. Herein, we show that the ectonucleotidse CD39 is a marker of exhausted CD8+ T cells. CD8+ T cells specific for HCV or HIV express high levels of CD39, but those specific for EBV and CMV do not. CD39 expressed by CD8+ T cells in chronic infection is enzymatically active, co-expressed with PD-1, marks cells with a transcriptional signature of T cell exhaustion and correlates with viral load in HIV and HCV. In the mouse model of chronic Lymphocytic Choriomeningitis Virus infection, virus-specific CD8+ T cells contain a population of CD39high CD8+ T cells that is absent in functional memory cells elicited by acute infection. This CD39high CD8+ T cell population is enriched for cells with the phenotypic and functional profile of terminal exhaustion. These findings provide a new marker of T cell exhaustion, and implicate the purinergic pathway in the regulation of T cell exhaustion.

T-cell activation requires the influx of extracellular calcium, although mechanistic details regarding such activation are not fully defined. Here, we show that P2X(7) receptors play a key role in calcium influx and downstream signaling events associated with the activation of T cells. By real-time PCR and immunohistochemistry, we find that Jurkat T cells and human CD4(+) T cells express abundant P2X(7) receptors. We show, using a novel fluorescent microscopy technique, that T-cell receptor (TCR) stimulation triggers the rapid release of ATP (<100 microM). This release of ATP is required for TCR-mediated calcium influx, NFAT activation, and interleukin-2 (IL-2) production. TCR activation up-regulates P2X(7) receptor gene expression. Removal of extracellular ATP by apyrase or alkaline phosphatase treatment, inhibition of ATP release with the maxi-anion channel blocker gadolinium chloride, or siRNA silencing of P2X(7) receptors blocks calcium entry and inhibits T-cell activation. Moreover, lymphocyte activation is impaired in C57BL/6 mice that express poorly functional P2X(7) receptors, compared to control BALB/c mice, which express fully functional P2X(7) receptors. We conclude that ATP release and autocrine, positive feedback through P2X(7) receptors is required for the effective activation of T cells.

• Low-dose acetylsalicylic acid (ASA, i.e., aspirin) can mitigate the inflammatory consequences of experimental sleep restriction in healthy humans. • Low-dose ASA reduced the activity of the NF-κB pathway and COX pathway, as indicated by reduced serum CRP levels, reduced IL-6 expression and COX-1/COX-2 co-expression in LPS-stimulated monocytes in the sleep restriction condition compared to placebo. • Counter-inflammatory effects of low-dose ASA were still evident following recovery sleep, in particular in COX-1/COX-2 co-expression in LPS-stimulated monocytes. Sleep deficiencies, such as manifested in short sleep duration or insomnia symptoms, are known to increase the risk for multiple disease conditions involving immunopathology. Inflammation is hypothesized to be a mechanism through which deficient sleep acts as a risk factor for these conditions. Thus, one potential way to mitigate negative health consequences associated with deficient sleep is to target inflammation. Few interventional sleep studies investigated whether improving sleep affects inflammatory processes, but results suggest that complementary approaches may be necessary to target inflammation associated with sleep deficiencies. We investigated whether targeting inflammation through low-dose acetylsalicylic acid (ASA, i.e., aspirin) is able to blunt the inflammatory response to experimental sleep restriction. 46 healthy participants (19F/27M, age range 19–63 years) were studied in a double-blind randomized placebo-controlled crossover trial with three protocols each consisting of a 14-day at-home monitoring phase followed by an 11-day (10-night) in-laboratory stay (sleep restriction/ASA, sleep restriction/placebo, control sleep/placebo). In the sleep restriction/ASA condition, participants took low-dose ASA (81 mg/day) daily in the evening (22:00) during the at-home phase and the subsequent in-laboratory stay. In the sleep restriction/placebo and control sleep/placebo conditions, participants took placebo daily. Each in-laboratory stay started with 2 nights with a sleep opportunity of 8 h/night (23:00–07:00) for adaptation and baseline measurements. Under the two sleep restriction conditions, participants were exposed to 5 nights of sleep restricted to a sleep opportunity of 4 h/night (03:00–07:00) followed by 3 nights of recovery sleep with a sleep opportunity of 8 h/night. Under the control sleep condition, participants had a sleep opportunity of 8 h/night throughout the in-laboratory stay. During each in-laboratory stay, participants had 3 days of intensive monitoring (at baseline, 5th day of sleep restriction/control sleep, and 2nd day of recovery sleep). Variables, including pro-inflammatory immune cell function, C-reactive protein (CRP), and actigraphy-estimated measures of sleep, were analyzed using generalized linear mixed models. Low-dose ASA administration reduced the interleukin (IL)-6 expression in LPS-stimulated monocytes (p<0.05 for condition*day) and reduced serum CRP levels (p<0.01 for condition) after 5 nights of sleep restriction compared to placebo administration in the sleep restriction condition. Low-dose ASA also reduced the amount of cyclooxygenase (COX)-1/COX-2 double positive cells among LPS-stimulated monocytes after 2 nights of recovery sleep following 5 nights of sleep restriction compared to placebo (p<0.05 for condition). Low-dose ASA further decreased wake after sleep onset (WASO) and increased sleep efficiency (SE) during the first 2 nights of recovery sleep (p<0.001 for condition and condition*day). Baseline comparisons revealed no differences between conditions for all of the investigated variables (p>0.05 for condition). This study shows that inflammatory responses to sleep restriction can be reduced by preemptive administration of low-dose ASA. This finding may open new therapeutic approaches to prevent or control inflammation and its consequences in those experiencing sleep deficiencies. ClinicalTrials.gov NCT03377543.