Abstract Compelling evidence suggests that Foxp3‐expressing CD25 + CD4 + regulatory T cells (Treg) are generated within the thymus as a separate lineage. However, Foxp3 + CD4 + Treg can also be generated de novo in a TGF‐β‐dependent process from naive T cells by TCR triggering. Recently, we have shown that naturally occurring, but not in vitro TGF‐β‐induced Foxp3 + Treg display stable Foxp3 expression that was associated with selective demethylation of an evolutionarily conserved element within the Foxp3 locus named TSDR (Treg‐specific demethylated region). Here, we report that inhibition of DNA methylation by azacytidine, even in absence of exogenous TGF‐β, not only promoted de novo induction of Foxp3 expression during priming, but also conferred stability of Foxp3 expression upon restimulation. Most notably, such stable Foxp3 expression was found only for cells displaying enhanced TSDR demethylation. In contrast, in vitro TSDR methylation diminished its transcriptional activity. Foxp3 + Treg generated in vivo by DEC‐205‐mediated targeting of agonist ligands to dendritic cells showed long‐term survival in the absence of the inducing antigen and exhibited efficient TSDR demethylation. Together, our data suggest that TSDR is an important methylation‐sensitive element regulating Foxp3 expression and demonstrate that epigenetic imprinting in this region is critical for establishment of a stable Treg lineage. Supporting Information for this article is available at www.wiley‐vch.de/contents/jc_2040/2008/38105_s.pdf

Foxp3+CD4+CD25+ regulatory T (Treg) cells are essential for the prevention of autoimmunity1,2. Treg cells have an attenuated cytokine response to T-cell receptor stimulation, and can suppress the proliferation and effector function of neighbouring T cells3,4. The forkhead transcription factor Foxp3 (forkhead box P3) is selectively expressed in Treg cells, is required for Treg development and function, and is sufficient to induce a Treg phenotype in conventional CD4+CD25- T cells5,6,7,8. Mutations in Foxp3 cause severe, multi-organ autoimmunity in both human and mouse9,10,11. FOXP3 can cooperate in a DNA-binding complex with NFAT (nuclear factor of activated T cells) to regulate the transcription of several known target genes12. However, the global set of genes regulated directly by Foxp3 is not known and consequently, how this transcription factor controls the gene expression programme for Treg function is not understood. Here we identify Foxp3 target genes and report that many of these are key modulators of T-cell activation and function. Remarkably, the predominant, although not exclusive, effect of Foxp3 occupancy is to suppress the activation of target genes on T-cell stimulation. Foxp3 suppression of its targets appears to be crucial for the normal function of Treg cells, because overactive variants of some target genes are known to be associated with autoimmune disease.

Abstract Stable expression of Foxp3 in regulatory T cells (Tregs) depends on DNA demethylation at the Treg-specific demethylated region (TSDR), a conserved, CpG-rich region within the Foxp3 locus. The TSDR is selectively demethylated in ex vivo Tregs purified from secondary lymphoid organs, but it is unclear at which stage of Treg development demethylation takes place. In this study, we show that commitment to a stable lineage occurred during early stages of murine thymic Treg development by engraving of lineage-specific epigenetic marks in parallel with establishment of a Treg-specific gene expression profile. TSDR demethylation was achieved through an active mechanism and involved enzymes of the ten-eleven-translocation family and hydroxylation of methylated cytosines, a modification that is implicated as an initiating step of mitosis-independent DNA demethylation pathways and has not yet been observed at specific loci during immune cell differentiation. Together, our results demonstrate that initiating TSDR demethylation during early stages of thymic Treg development commences stabilization of Foxp3 expression and guarantees full functionality and long-term lineage stability of Tregs.

Cross-talk between the peripheral immune system and the central nervous system is important for physiological brain health. T cells are required to maintain normal baseline levels of neural precursor proliferation in the hippocampus of adult mice. We show here that neither T cells, B cells, natural killer cells nor natural killer T cells are required for the increase in hippocampal precursor proliferation that occurs in response to physical exercise. In addition, we demonstrate that a subpopulation of T cells, regulatory T cells, is not involved in maintaining baseline levels of neural precursor proliferation. Even when applied at supraphysiological numbers, populations of both naive and stimulated lymphocytes had no effect on hippocampal precursor proliferation in vitro. In addition, physical activity had no effect on peripheral immune cells in terms of distribution in the bone marrow, lymph nodes or spleen, activation state or chemokine receptor (CXCR4 and CCR9) expression. Together these results suggest that lymphocytes are not involved in translating the peripheral effects of exercise to the neurogenic niche in the hippocampus and further support the idea that the exercise-induced regulation of adult neurogenesis is mechanistically distinct from its baseline control.

ABSTRACT Foxp3 + Treg cells of thymic (tTreg) and peripheral (pTreg) developmental origin are thought to synergistically act to ensure immune homeostasis, with self-reactive tTreg cells primarily constraining autoimmune responses. We exploited tTreg-specific GFP/Cre recombinase activity to selectively ablate either tTreg (ΔtTreg) or pTreg (ΔpTreg) cell development. In contrast to the tTreg cell behavior in ΔpTreg mice, pTreg cells with a highly activated suppressor phenotype replenished the Treg cell pool of C57BL/6.ΔtTreg mice, preventing early mortality and fatal autoimmunity. Even with advancing age, pTreg cells largely maintained immune tolerance in C57BL/6.ΔtTreg mice. However, only two generations of (C57BL/6>NOD) backcrossing precipitated severe disease lethality associated with a distinct, partially overlapping pattern of organ-specific autoimmunity. Genetic association studies defined a small set of autoimmune risk loci sufficient to unleash a particularly severe form of diabetes, including genes known to impinge on Treg cell biology. Thus, pTreg cells exhibit an unexpectedly high functional adaptability, emphasizing their importance as mediators of bystander effects to ensure self-tolerance. SUMMARY This study in complementary loss-of-function mouse models uncovers an unexpected functional plasticity of pTreg cells in constraining systemic autoimmune responses in the absence of tTreg cells and identifies tTreg cells as primary regulators of β-cell autoimmunity in type 1 diabetes.