Dendritic cells (DCs) process and present self and foreign antigens to induce tolerance or immunity. In vitro models suggest that induction of immunity is controlled by regulating the presentation of antigen, but little is known about how DCs control antigen presentation in vivo. To examine antigen processing and presentation in vivo, we specifically targeted antigens to two major subsets of DCs by using chimeric monoclonal antibodies. Unlike CD8 + DCs that express the cell surface protein CD205, CD8 – DCs, which are positive for the 33D1 antigen, are specialized for presentation on major histocompatibility complex (MHC) class II. This difference in antigen processing is intrinsic to the DC subsets and is associated with increased expression of proteins involved in MHC processing.

Promoting Pluripotency A specialized mammalian cell can be set back to the pluripotent state either by transfer of the somatic cell nucleus into an oocyte or by delivery of exogenous pluripotency-associated transcription factors. Hou et al. (p. 651 , published online 18 July) developed an approach to induce pluripotency in somatic cells using a cocktail of small molecules. The ability to generate such chemically induced pluripotent stem cells may provide an alternate route for therapeutic cloning and for drug development in regenerative medicine.

Long recognized as an evolutionarily ancient cell type involved in tissue homeostasis and immune defense against pathogens, macrophages are being rediscovered as regulators of several diseases, including cancer. Here we show that in mice, mammary tumor growth induces the accumulation of tumor-associated macrophages (TAMs) that are phenotypically and functionally distinct from mammary tissue macrophages (MTMs). TAMs express the adhesion molecule Vcam1 and proliferate upon their differentiation from inflammatory monocytes, but do not exhibit an “alternatively activated” phenotype. TAM terminal differentiation depends on the transcriptional regulator of Notch signaling, RBPJ; and TAM, but not MTM, depletion restores tumor-infiltrating cytotoxic T cell responses and suppresses tumor growth. These findings reveal the ontogeny of TAMs and a discrete tumor-elicited inflammatory response, which may provide new opportunities for cancer immunotherapy.

The immune microenvironment of hepatocellular carcinoma (HCC) is poorly characterized. Combining two single-cell RNA sequencing technologies, we produced transcriptomes of CD45+ immune cells for HCC patients from five immune-relevant sites: tumor, adjacent liver, hepatic lymph node (LN), blood, and ascites. A cluster of LAMP3+ dendritic cells (DCs) appeared to be the mature form of conventional DCs and possessed the potential to migrate from tumors to LNs. LAMP3+ DCs also expressed diverse immune-relevant ligands and exhibited potential to regulate multiple subtypes of lymphocytes. Of the macrophages in tumors that exhibited distinct transcriptional states, tumor-associated macrophages (TAMs) were associated with poor prognosis, and we established the inflammatory role of SLC40A1 and GPNMB in these cells. Further, myeloid and lymphoid cells in ascites were predominantly linked to tumor and blood origins, respectively. The dynamic properties of diverse CD45+ cell types revealed by this study add new dimensions to the immune landscape of HCC.

Dendritic cells (DCs) in lymphoid tissue arise from precursors that also produce monocytes and plasmacytoid DCs (pDCs). Where DC and monocyte lineage commitment occurs and the nature of the DC precursor that migrates from the bone marrow to peripheral lymphoid organs are unknown. We show that DC development progresses from the macrophage and DC precursor to common DC precursors that give rise to pDCs and classical spleen DCs (cDCs), but not monocytes, and finally to committed precursors of cDCs (pre-cDCs). Pre-cDCs enter lymph nodes through and migrate along high endothelial venules and later disperse and integrate into the DC network. Further cDC development involves cell division, which is controlled in part by regulatory T cells and fms-like tyrosine kinase receptor-3.

CX3CR1+ and CD103+ dendritic cells (DCs) in intestinal lamina propria play a key role in mucosal immunity. However, the origin and the developmental pathways that regulate their differentiation in the lamina propria remain unclear. We showed that monocytes gave rise exclusively to CD103−CX3CR1+ lamina propria DCs under the control of macrophage-colony-stimulating factor receptor (M-CSFR) and Fms-like thyrosine kinase 3 (Flt3) ligands. In contrast, common DC progenitors (CDP) and pre-DCs, which give rise to lymphoid organ DCs but not to monocytes, differentiated exclusively into CD103+CX3CR1− lamina propria DCs under the control of Flt3 and granulocyte-macrophage-colony-stimulating factor receptor (GM-CSFR) ligands. CD103+CX3CR1− DCs but not CD103−CX3CR1+ DCs in the lamina propria constitutively expressed CCR7 and were the first DCs to transport pathogenic Salmonella from the intestinal tract to the mesenteric lymph nodes. Altogether, these results underline the diverse origin of the lamina propria DC network and identify mucosal DCs that arise from pre-DCs as key sentinels of the gut immune system.

CD103+ dendritic cells (DCs) in nonlymphoid tissues are specialized in the cross-presentation of cell-associated antigens. However, little is known about the mechanisms that regulate the development of these cells. We show that two populations of CD11c+MHCII+ cells separated on the basis of CD103 and CD11b expression coexist in most nonlymphoid tissues with the exception of the lamina propria. CD103+ DCs are related to lymphoid organ CD8+ DCs in that they are derived exclusively from pre-DCs under the control of fms-like tyrosine kinase 3 (Flt3) ligand, inhibitor of DNA protein 2 (Id2), and IFN regulatory protein 8 (IRF8). In contrast, lamina propria CD103+ DCs express CD11b and develop independently of Id2 and IRF8. The other population of CD11c+MHCII+ cells in tissues, which is CD103−CD11b+, is heterogenous and depends on both Flt3 and MCSF-R. Our results reveal that nonlymphoid tissue CD103+ DCs and lymphoid organ CD8+ DCs derive from the same precursor and follow a related differentiation program.

Dendritic cells (DCs) are able in tissue culture to phagocytose and present antigens derived from infected, malignant, and allogeneic cells. Here we show directly that DCs in situ take up these types of cells after fluorescent labeling with carboxyfluorescein succinimidyl ester (CFSE) and injection into mice. The injected cells include syngeneic splenocytes and tumor cell lines, induced to undergo apoptosis ex vivo by exposure to osmotic shock, and allogeneic B cells killed by NK cells in situ. The CFSE-labeled cells in each case are actively endocytosed by DCs in vivo, but only the CD8+ subset. After uptake, all of the phagocytic CD8+ DCs can form major histocompatibility complex class II–peptide complexes, as detected with a monoclonal antibody specific for these complexes. The CD8+ DCs also selectively present cell-associated antigens to both CD4+ and CD8+ T cells. Similar events take place with cultured DCs; CD8+ DCs again selectively take up and present dying cells. In contrast, both CD8+ and CD8− DCs phagocytose latex particles in culture, and both DC subsets present soluble ovalbumin captured in vivo. Therefore CD8+ DCs are specialized to capture dying cells, and this helps to explain their selective ability to cross present cellular antigens to both CD4+ and CD8+ T cells.

Dendritic cell (DC) development begins in the bone marrow but is not completed until after immature progenitors reach their sites of residence in lymphoid organs. The hematopoietic growth factors regulating these processes are poorly understood. Here we examined the effects of signaling by the receptor tyrosine kinase Flt3 on macrophage DC progenitors in the bone marrow and on peripheral DCs. We found that the macrophage DC progenitor compartment was responsive to superphysiological amounts of Flt3 ligand but was not dependent on Flt3 for its homeostatic maintenance in vivo. In contrast, Flt3 was essential to the regulation of homeostatic DC development in the spleen, where it was needed to maintain normal numbers of DCs by controlling their division in the periphery.

Dendritic cell (DC) maturation is an innate response that leads to adaptive immunity to coadministered proteins. To begin to identify underlying mechanisms in intact lymphoid tissues, we studied α-galactosylceramide. This glycolipid activates innate Vα14+ natural killer T cell (NKT) lymphocytes, which drive DC maturation and T cell responses to ovalbumin antigen. Hours after giving glycolipid i.v., tumor necrosis factor (TNF)–α and interferon (IFN)-γ were released primarily by DCs. These cytokines induced rapid surface remodeling of DCs, including increased CD80/86 costimulatory molecules. Surprisingly, DCs from CD40−/− and CD40L−/− mice did not elicit CD4+ and CD8+ T cell immunity, even though the DCs exhibited presented ovalbumin on major histocompatibility complex class I and II products and expressed high levels of CD80/86. Likewise, an injection of TNF-α up-regulated CD80/86 on DCs, but CD40 was required for immunity. CD40 was needed for DC interleukin (IL)-12 production, but IL-12p40−/− mice generated normal ovalbumin-specific responses. Therefore, the link between innate and adaptive immunity via splenic DCs and innate NKT cells has several components under distinct controls: antigen presentation in the steady state, increases in costimulatory molecules dependent on inflammatory cytokines, and a distinct CD40/CD40L signal that functions together with antigen presentation (“signal one”) and costimulation (“signal two”) to generate functioning CD4+ T helper cell 1 and CD8+ cytolytic T lymphocytes.