Regulatory T (Treg) cells exhibit substantial phenotypic and functional plasticity. Hiroshi Takayanagi and his colleagues report that in autoimmune arthritis, a subset of Treg cells can lose Foxp3 expression and convert into TH17 cells. This conversion is mediated by synovial fibroblast-derived IL-6, and in vivo, these cells are osteoclastogenic and exacerbate arthritis. These findings suggest that a proportion of pathogenic TH17 cells in autoimmune disease may be derived from Treg cells. Autoimmune diseases often result from an imbalance between regulatory T (Treg) cells and interleukin-17 (IL-17)-producing T helper (TH17) cells; the origin of the latter cells remains largely unknown. Foxp3 is indispensable for the suppressive function of Treg cells, but the stability of Foxp3 has been under debate. Here we show that TH17 cells originating from Foxp3+ T cells have a key role in the pathogenesis of autoimmune arthritis. Under arthritic conditions, CD25loFoxp3+CD4+ T cells lose Foxp3 expression (herein called exFoxp3 cells) and undergo transdifferentiation into TH17 cells. Fate mapping analysis showed that IL-17–expressing exFoxp3 T (exFoxp3 TH17) cells accumulated in inflamed joints. The conversion of Foxp3+CD4+ T cells to TH17 cells was mediated by synovial fibroblast-derived IL-6. These exFoxp3 TH17 cells were more potent osteoclastogenic T cells than were naive CD4+ T cell–derived TH17 cells. Notably, exFoxp3 TH17 cells were characterized by the expression of Sox4, chemokine (C-C motif) receptor 6 (CCR6), chemokine (C-C motif) ligand 20 (CCL20), IL-23 receptor (IL-23R) and receptor activator of NF-κB ligand (RANKL, also called TNFSF11). Adoptive transfer of autoreactive, antigen-experienced CD25loFoxp3+CD4+ T cells into mice followed by secondary immunization with collagen accelerated the onset and increased the severity of arthritis and was associated with the loss of Foxp3 expression in the majority of transferred T cells. We observed IL-17+Foxp3+ T cells in the synovium of subjects with active rheumatoid arthritis (RA), which suggests that plastic Foxp3+ T cells contribute to the pathogenesis of RA. These findings establish the pathological importance of Foxp3 instability in the generation of pathogenic TH17 cells in autoimmunity.

Objective To clarify the mechanism by which osteoclasts are formed in culture of rheumatoid synoviocytes by exploring the involvement of receptor activator of nuclear factor κB ligand (RANKL)/osteoclast differentiation factor (ODF). Methods Osteoclast formation was evaluated in cocultures of rheumatoid synovial fibroblasts and peripheral blood mononuclear cells (PBMC) in the presence of macrophage colony stimulating factor and 1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25[OH]2D3) utilizing separating membrane filters. RANKL/ODF expression was examined by Northern blotting in synovial tissues from 5 rheumatoid arthritis (RA) patients and tissues from patients with giant cell tumor (GCT), osteosarcoma (OS), and osteoarthritis (OA). RANKL/ODF expression and the ability of synovial fibroblasts to support osteoclastogenesis were investigated in coculture with PBMC in the presence or absence of 1,25(OH)2D3, and soluble RANKL/ODF and osteoprotegerin (OPG)/osteoclastogenesis inhibitory factor (OCIF) were measured by enzyme-linked immunosorbent assay. The effects of OPG/OCIF on the osteoclastogenesis in the primary culture of rheumatoid synoviocytes and the coculture system were determined. Results Synovial fibroblasts did not induce osteoclastogenesis when separately cocultured with PBMC. Northern blotting revealed that RANKL/ODF was highly expressed in all tissues from RA and GCT patients, but not from OA or OS patients. Cultured rheumatoid synovial fibroblasts efficiently induced osteoclastogenesis in the presence of 1,25(OH)2D3, which was accompanied by up-regulated expression of RANKL/ODF and decreased production of OPG/OCIF. Osteoclastogenesis from synoviocytes was dose-dependently inhibited by OPG/OCIF. Conclusion RANKL/ODF expressed on synovial fibroblasts is involved in rheumatoid bone destruction by inducing osteoclastogenesis and would therefore be a good therapeutic target.

Medullary thymic epithelial cells (mTECs) establish T cell self-tolerance through the expression of autoimmune regulator (Aire) and peripheral tissue-specific self-antigens. However, signals underlying mTEC development remain largely unclear. Here, we demonstrate crucial regulation of mTEC development by receptor activator of NF-κB (RANK) and CD40 signals. Whereas only RANK signaling was essential for mTEC development during embryogenesis, in postnatal mice, cooperation between CD40 and RANK signals was required for mTEC development to successfully establish the medullary microenvironment. Ligation of RANK or CD40 on fetal thymic stroma in vitro induced mTEC development in a tumor necrosis factor-associated factor 6 (TRAF6)-, NF-κB inducing kinase (NIK)-, and IκB kinase β (IKKβ)-dependent manner. These results show that developmental-stage-dependent cooperation between RANK and CD40 promotes mTEC development, thereby establishing self-tolerance.

The thymic medulla provides a microenvironment where medullary thymic epithelial cells (mTECs) express autoimmune regulator and diverse tissue-restricted genes, contributing to launching self-tolerance. Positive selection is essential for thymic medulla formation via a previously unknown mechanism. Here we show that the cytokine RANK ligand (RANKL) was produced by positively selected thymocytes and regulated the cellularity of mTEC by interacting with RANK and osteoprotegerin. Forced expression of RANKL restored thymic medulla in mice lacking positive selection, whereas RANKL perturbation impaired medulla formation. These results indicate that RANKL produced by positively selected thymocytes is responsible for fostering thymic medulla formation, thereby establishing central tolerance.