Relative to several other toll-like receptor (TLR) agonists, we found polyinosinic:polycytidylic acid (poly IC) to be the most effective adjuvant for Th1 CD4+ T cell responses to a dendritic cell (DC)–targeted HIV gag protein vaccine in mice. To identify mechanisms for adjuvant action in the intact animal and the polyclonal T cell repertoire, we found poly IC to be the most effective inducer of type I interferon (IFN), which was produced by DEC-205+ DCs, monocytes, and stromal cells. Antibody blocking or deletion of type I IFN receptor showed that IFN was essential for DC maturation and development of CD4+ immunity. The IFN-AR receptor was directly required for DCs to respond to poly IC. STAT 1 was also essential, in keeping with the type I IFN requirement, but not type II IFN or IL-12 p40. Induction of type I IFN was mda5 dependent, but DCs additionally used TLR3. In bone marrow chimeras, radioresistant and, likely, nonhematopoietic cells were the main source of IFN, but mda5 was required in both marrow–derived and radioresistant host cells for adaptive responses. Therefore, the adjuvant action of poly IC requires a widespread innate type I IFN response that directly links antigen presentation by DCs to adaptive immunity.

SummaryDendritic cells (DCs), critical antigen-presenting cells for immune control, normally derive from bone marrow precursors distinct from monocytes. It is not yet established if the large reservoir of monocytes can develop into cells with critical features of DCs in vivo. We now show that fully differentiated monocyte-derived DCs (Mo-DCs) develop in mice and DC-SIGN/CD209a marks the cells. Mo-DCs are recruited from blood monocytes into lymph nodes by lipopolysaccharide and live or dead gram-negative bacteria. Mobilization requires TLR4 and its CD14 coreceptor and Trif. When tested for antigen-presenting function, Mo-DCs are as active as classical DCs, including cross-presentation of proteins and live gram-negative bacteria on MHC I in vivo. Fully differentiated Mo-DCs acquire DC morphology and localize to T cell areas via L-selectin and CCR7. Thus the blood monocyte reservoir becomes the dominant presenting cell in response to select microbes, yielding DC-SIGN+ cells with critical functions of DCs.Graphical abstractGraphical AbstractHighlights► Blood monocytes rapidly and fully differentiate to lymph node dendritic cells, Mo-DCs ► The stimulus is gram-negative bacteria or lipopolysaccharide via TLR4, CD14, and Trif ► DC-SIGN/CD209a marks Mo-DCs but is not required for them to form; CD62L and CCR7 are TLR4 ► Mo-DCs are as potent as classical DCs for presenting proteins on MHC I and II

CD4 + Th1 type immunity is implicated in resistance to global infectious diseases. To improve the efficacy of T cell immunity induced by human immunodeficiency virus (HIV) vaccines, we are developing a protein-based approach that directly harnesses the function of dendritic cells (DCs) in intact lymphoid tissues. Vaccine proteins are selectively delivered to DCs by antibodies to DEC-205/CD205, a receptor for antigen presentation. We find that polyriboinosinic:polyribocytidylic acid (poly IC) independently serves as an adjuvant to allow a DC-targeted protein to induce protective CD4 + T cell responses at a mucosal surface, the airway. After two doses of DEC-targeted, HIV gag p24 along with poly IC, responder CD4 + T cells have qualitative features that have been correlated with protective function. The T cells simultaneously make IFN-γ, tumor necrosis factor (TNF)-α, and IL-2, and in high amounts for prolonged periods. The T cells also proliferate and continue to secrete IFN-γ in response to HIV gag p24. The adjuvant role of poly IC requires Toll-like receptor (TLR) 3 and melanoma differentiation-associated gene-5 (MDA5) receptors, but its analog poly IC 12 U requires only TLR3. We suggest that poly IC be tested as an adjuvant with DC-targeted vaccines to induce numerous multifunctional CD4 + Th1 cells with proliferative capacity.

Inflammation triggers the differentiation of Ly6Chi monocytes into microbicidal macrophages or monocyte-derived dendritic cells (moDCs). Yet, it is unclear whether environmental inflammatory cues control the polarization of monocytes toward each of these fates or whether specialized monocyte progenitor subsets exist before inflammation. Here, we have shown that naive monocytes are phenotypically heterogeneous and contain an NR4A1- and Flt3L-independent, CCR2-dependent, Flt3+CD11c−MHCII+PU.1hi subset. This subset acted as a precursor for FcγRIII+PD-L2+CD209a+, GM-CSF-dependent moDCs but was distal from the DC lineage, as shown by fate-mapping experiments using Zbtb46. By contrast, Flt3−CD11c−MHCII−PU.1lo monocytes differentiated into FcγRIII+PD-L2−CD209a−iNOS+ macrophages upon microbial stimulation. Importantly, Sfpi1 haploinsufficiency genetically distinguished the precursor activities of monocytes toward moDCs or microbicidal macrophages. Indeed, Sfpi1+/− mice had reduced Flt3+CD11c−MHCII+ monocytes and GM-CSF-dependent FcγRIII+PD-L2+CD209a+ moDCs but generated iNOS+ macrophages more efficiently. Therefore, intercellular disparities of PU.1 expression within naive monocytes segregate progenitor activity for inflammatory iNOS+ macrophages or moDCs.

Type I interferons (IFNs) play an important role in direct antiviral defense as well as linking the innate and adaptive immune responses. On dendritic cells (DCs), IFNs facilitate their activation and contribute to CD8+ and CD4+ T cell priming. However, the precise molecular mechanism by which IFNs regulate maturation and immunogenicity of DCs in vivo has not been studied in depth. Here we show that, after in vivo stimulation with the TLR ligand poly IC, IFNs dominate transcriptional changes in DCs. In contrast to direct TLR3/mda5 signaling, IFNs are required for upregulation of all pathways associated with DC immunogenicity. In addition, metabolic pathways, particularly the switch from oxidative phosphorylation to glycolysis, are also regulated by IFNs and required for DC maturation. These data provide evidence for a metabolic reprogramming concomitant with DC maturation and offer a novel mechanism by which IFNs modulate DC maturation.

Abstract Atrial fibrillation (AF) is the most common sustained arrhythmia and carries an increased risk of stroke and heart failure. Here we investigated how the immune infiltrate of human epicardial adipose tissue (EAT), which directly overlies the myocardium, contributes to AF. Flow cytometry analysis revealed an enrichment of tissue-resident memory T (T RM ) cells in patients with AF. Cellular indexing of transcriptomes and epitopes by sequencing (CITE-seq) and single-cell T cell receptor (TCR) sequencing identified two transcriptionally distinct CD8 + T RM cells that are modulated in AF. Spatial transcriptomic analysis of EAT and atrial tissue identified the border region between the tissues to be a region of intense inflammatory and fibrotic activity, and the addition of T RM populations to atrial cardiomyocytes demonstrated their ability to differentially alter calcium flux as well as activate inflammatory and apoptotic signaling pathways. This study identified EAT as a reservoir of T RM cells that can directly modulate vulnerability to cardiac arrhythmia.