In autoimmune arthritis, traditionally classified as a T helper (Th) type 1 disease, the activation of T cells results in bone destruction mediated by osteoclasts, but how T cells enhance osteoclastogenesis despite the anti-osteoclastogenic effect of interferon (IFN)-gamma remains to be elucidated. Here, we examine the effect of various Th cell subsets on osteoclastogenesis and identify Th17, a specialized inflammatory subset, as an osteoclastogenic Th cell subset that links T cell activation and bone resorption. The interleukin (IL)-23-IL-17 axis, rather than the IL-12-IFN-gamma axis, is critical not only for the onset phase, but also for the bone destruction phase of autoimmune arthritis. Thus, Th17 is a powerful therapeutic target for the bone destruction associated with T cell activation.

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.

Amino-functionalized graphene quantum dots (af-GQDs) with discrete molecular weights and specific edges were self-limitedly extracted from oxidized graphene sheet. Their optical properties can be precisely controlled only by the selective and quantitative functionalization at the edge sites. The af-GQDS exhibit bright colorful fluorescence under a single-wavelength excitation.

In this series of papers, we study birational canonical transformations of the Painlevé system ℋ, that is, the Hamiltonian system associated with the Painlevé differential equations. We consider also τ -function related to ℋ and particular solutions of ℋ. The present article concerns the sixth Painlevé equation. By giving the explicit forms of the canonical transformations of ℋ associated with the affine transformations of the space of parameters of ℋ, we obtain the non-linear representation: G→G*, of the affine Weyl group of the exceptional root system of the type F4 A canonical transformation of G* can extend to the correspondence of the τ -functions related to ℋ. We show the certain sequence of τ -functions satisfies the equation of the Toda lattice. Solutions of ℋ, which can be written by the use of the hypergeometric functions, are studied in details.

Cathepsin K was originally identified as an osteoclast-specific lysosomal protease, the inhibitor of which has been considered might have therapeutic potential. We show that inhibition of cathepsin K could potently suppress autoimmune inflammation of the joints as well as osteoclastic bone resorption in autoimmune arthritis. Furthermore, cathepsin K –/– mice were resistant to experimental autoimmune encephalomyelitis. Pharmacological inhibition or targeted disruption of cathepsin K resulted in defective Toll-like receptor 9 signaling in dendritic cells in response to unmethylated CpG DNA, which in turn led to attenuated induction of T helper 17 cells, without affecting the antigen-presenting ability of dendritic cells. These results suggest that cathepsin K plays an important role in the immune system and may serve as a valid therapeutic target in autoimmune diseases.

Abstract Immune responses are crucial not only for host defence against pathogens but also for tissue maintenance and repair after injury. Lymphocytes are involved in the healing process after tissue injury, including bone fracture and muscle damage. However, the specific immune cell subsets and mediators of healing are not entirely clear. Here we show that γδ T cells produce IL-17A, which promotes bone formation and facilitates bone fracture healing. Repair is impaired in IL-17A-deficient mice due to a defect in osteoblastic bone formation. IL-17A accelerates bone formation by stimulating the proliferation and osteoblastic differentiation of mesenchymal progenitor cells. This study identifies a novel role for IL-17-producing γδ T cells in skeletal tissue regeneration.

Abstract The immune system evolved to efficiently eradicate invading bacteria and terminate inflammation through balancing inflammatory and regulatory T-cell responses. In autoimmune arthritis, pathogenic T H 17 cells induce bone destruction and autoimmune inflammation. However, whether a beneficial function of T-cell-induced bone damage exists is unclear. Here, we show that bone-damaging T cells have a critical function in the eradication of bacteria in a mouse model of periodontitis, which is the most common infectious disease. Bacterial invasion leads to the generation of specialized T H 17 cells that protect against bacteria by evoking mucosal immune responses as well as inducing bone damage, the latter of which also inhibits infection by removing the tooth. Thus, bone-damaging T cells, which may have developed to stop local infection by inducing tooth loss, function as a double-edged sword by protecting against pathogens while also inducing skeletal tissue degradation.

Abstract Background Recent single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) analysis revealed the functional heterogeneity and pathogenic cell subsets in immune cells, synovial fibroblasts and bone cells in rheumatoid arthritis (RA). JAK inhibitors which ameliorate joint inflammation and bone destruction in RA, suppress the activation of various types of cells in vitro. However, the key cellular and molecular mechanisms underlying the potent clinical effects of JAK inhibitors on RA remain to be determined. Our aim is to identify a therapeutic target for JAK inhibitors in vivo . Methods We performed scRNA-seq analysis of the synovium of collagen-induced arthritis (CIA) mice treated with or without a JAK inhibitor, followed by a computational analysis to identify the drug target cells and signaling pathways. We utilized integrated human RA scRNA-seq datasets and genetically modified mice administered with the JAK inhibitor for the confirmation of our findings. Results scRNA-seq analysis revealed that oncostatin M (OSM) driven macrophage-fibroblast interaction is highly activated under arthritic conditions. OSM derived from macrophages, acts on OSM receptor (OSMR)-expressing synovial fibroblasts, activating both inflammatory and tissue-destructive subsets. Inflammatory synovial fibroblasts stimulate macrophages, mainly through IL-6, to exacerbate inflammation. Tissue-destructive synovial fibroblasts promote osteoclast differentiation by producing RANKL to accelerate bone destruction. scRNA-seq analysis also revealed that OSM-signaling in synovial fibroblasts is the main signaling pathway targeted by JAK inhibitors in vivo. Mice specifically lacking OSMR in synovial fibroblasts ( Osmr ∆Fibro ) displayed ameliorated inflammation and joint destruction in arthritis. The JAK inhibitor was effective on the arthritis of the control mice while it had no effect on the arthritis of Osmr ∆Fibro mice. Conclusions OSM functions as one of the key cytokines mediating pathogenic macrophage-fibroblast interaction. OSM-signaling in synovial fibroblasts is one of the main signaling pathways targeted by JAK inhibitors in vivo. The critical role of fibroblast-OSM signaling in autoimmune arthritis was shown by a combination of mice specifically deficient for OSMR in synovial fibroblasts and administration of the JAK inhibitor. Thus, the OSM-driven synovial macrophage-fibroblast circuit is proven to be a key driver of autoimmune arthritis, serving as a crucial drug target in vivo .