The emergence of jawed vertebrates (gnathostomes) from jawless vertebrates was accompanied by major morphological and physiological innovations, such as hinged jaws, paired fins and immunoglobulin-based adaptive immunity. Gnathostomes subsequently diverged into two groups, the cartilaginous fishes and the bony vertebrates. Here we report the whole-genome analysis of a cartilaginous fish, the elephant shark (Callorhinchus milii). We find that the C. milii genome is the slowest evolving of all known vertebrates, including the ‘living fossil’ coelacanth, and features extensive synteny conservation with tetrapod genomes, making it a good model for comparative analyses of gnathostome genomes. Our functional studies suggest that the lack of genes encoding secreted calcium-binding phosphoproteins in cartilaginous fishes explains the absence of bone in their endoskeleton. Furthermore, the adaptive immune system of cartilaginous fishes is unusual: it lacks the canonical CD4 co-receptor and most transcription factors, cytokines and cytokine receptors related to the CD4 lineage, despite the presence of polymorphic major histocompatibility complex class II molecules. It thus presents a new model for understanding the origin of adaptive immunity. Whole-genome analysis of the elephant shark, a cartilaginous fish, shows that it is the slowest evolving of all known vertebrates, lacks critical bone formation genes and has an unusual adaptive immune system. The elephant shark (Callorhinchus milii) is a cartilaginous fish native to the temperate waters off southern Australia and New Zealand, living at depths of 200 to 500 metres and migrating into shallow waters during spring for breeding. The genome sequence is published in this issue of Nature. Comparison with other vertebrate genomes shows that it is the slowest evolving genome of all known vertebrates — coelacanth included. Genome analysis points to an unusual adaptive immune system lacking the CD4 receptor and some associated cytokines, indicating that cartilaginous fishes possess a primordial gnathostome adaptive immune system. Also absent are genes encoding secreted calcium-binding phosphoproteins, in line with the absence of bone in cartilaginous fish.

Myeloproliferative syndromes (MPS) are a heterogeneous subclass of nonlymphoid hematopoietic neoplasms which are considered to be intrinsic to hematopoietic cells. The causes of MPS are largely unknown. Here, we demonstrate that mice deficient for retinoic acid receptor gamma (RARgamma), develop MPS induced solely by the RARgamma-deficient microenvironment. RARgamma(-/-) mice had significantly increased granulocyte/macrophage progenitors and granulocytes in bone marrow (BM), peripheral blood, and spleen. The MPS phenotype continued for the lifespan of the mice and was more pronounced in older mice. Unexpectedly, transplant studies revealed this disease was not intrinsic to the hematopoietic cells. BM from wild-type mice transplanted into mice with an RARgamma(-/-) microenvironment rapidly developed the MPS, which was partially caused by significantly elevated TNFalpha in RARgamma(-/-) mice. These data show that loss of RARgamma results in a nonhematopoietic cell-intrinsic MPS, revealing the capability of the microenvironment to be the sole cause of hematopoietic disorders.

CD4+CD25+ regulatory T cells (Treg) that suppress T cell-mediated immune responses may also regulate other arms of an effective immune response. In particular, in this study we show that Treg directly inhibit NKG2D-mediated NK cell cytotoxicity in vitro and in vivo, effectively suppressing NK cell-mediated tumor rejection. In vitro, Treg were shown to inhibit NKG2D-mediated cytolysis largely by a TGF-beta-dependent mechanism and independently of IL-10. Adoptively transferred Treg suppressed NK cell antimetastatic function in RAG-1-deficient mice. Depletion of Treg before NK cell activation via NKG2D and the activating IL-12 cytokine, dramatically enhanced NK cell-mediated suppression of tumor growth and metastases. Our data illustrate at least one mechanism by which Treg can suppress NK cell antitumor activity and highlight the effectiveness of combining Treg inhibition with subsequent NK cell activation to promote strong innate antitumor immunity.

The thymus is a physiologically hypoxic organ and fulfills its role of generating T cells under low-oxygen conditions. We have therefore investigated how thymic epithelial cells (TECs) cope with physiological hypoxia by focusing on the role of the Hif1a-Vhl axis. In most cell types, the oxygen-labile transcriptional regulator Hif1a is a central player in co-ordinating responses to low oxygen: under normoxic conditions Hif1a is rapidly degraded in a Vhl-guided manner; however, under hypoxic conditions Hif1a is stabilized and can execute its transcriptional functions. Unexpectedly, we find that, although TECs reside in a hypoxic microenvironment, they express little Hif1a protein and do not require Hif1a for their development or function. Instead, we find that Vhl function in TECs is vital to constrain Hif1a activity, as loss of Vhl results in dramatic defects in TEC differentiation and thymopoiesis, which can be rescued by Hif1a co-depletion.