Lupus-like disease is driven by NETs enriched in mitochondrial DNA. Neutrophil extracellular traps (NETs) are implicated in autoimmunity, but how they are generated and their roles in sterile inflammation remain unclear. Ribonucleoprotein immune complexes (RNP ICs), inducers of NETosis, require mitochondrial reactive oxygen species (ROS) for maximal NET stimulation. After RNP IC stimulation of neutrophils, mitochondria become hypopolarized and translocate to the cell surface. Extracellular release of oxidized mitochondrial DNA is proinflammatory in vitro, and when this DNA is injected into mice, it stimulates type I interferon (IFN) signaling through a pathway dependent on the DNA sensor STING. Mitochondrial ROS are also necessary for spontaneous NETosis of low-density granulocytes from individuals with systemic lupus erythematosus. This was also observed in individuals with chronic granulomatous disease, who lack NADPH oxidase activity but still develop autoimmunity and type I IFN signatures. Mitochondrial ROS inhibition in vivo reduces disease severity and type I IFN responses in a mouse model of lupus. Together, these findings highlight a role for mitochondria in the generation not only of NETs but also of pro-inflammatory oxidized mitochondrial DNA in autoimmune diseases.

A successful immune response requires intercellular contact between T and B lymphocytes. We recently showed that CD28, a T cell surface protein that regulates an activation pathway, could mediate intercellular adhesion with activated B cells by interaction with the B7 antigen. Here we show that CD28 is the primary receptor for B7 on activated peripheral blood T cells, that CD28 binds to B7 in the absence of other accessory molecules, and that interaction between CD28 and B7 is costimulatory for T cell activation. To characterize the binding of CD28 to B7, we have produced genetic fusions of the extracellular portions of B7 and CD28, and immunoglobulin (Ig) C gamma 1 chains. 125I-labeled B7 Ig bound to CD28-transfected Chinese hamster ovary (CHO) cells, and to immobilized CD28 Ig with a Kd approximately 200 nM. B7 Ig also inhibited CD28-mediated cellular adhesion. The function of CD28-B7 interactions during T cell activation was investigated with soluble fusion proteins and with B7-transfected CHO cells. Immobilized B7 Ig and B7+ CHO cells costimulated T cell proliferation. Stimulation of T cells with B7+ CHO cells also specifically increased levels of interleukin 2 transcripts. These results demonstrate that the CD28 signaling pathway could be activated by B7, resulting in increased T cell cytokine production and T cell proliferation. Cellular interactions mediated by B7 and CD28 may represent an important component of the functional interactions between T and B lymphoid cells.

Quiescent T cells can be induced to express many genes by mitogen or antigen stimulation. The messenger RNAs of some of these genes undergo relatively rapid degradation compared to messenger RNAs from constitutively expressed genes. A T cell activation pathway that specifically regulates the stability of messenger RNAs for the lymphokines interleukin-2, interferon-γ, tumor necrosis factor-α, and granulocyte-macrophage colony-stimulating factor is induced by stimulation of the CD28 surface molecule. This pathway does not directly affect the steady-state messenger RNA level, transcription, or messenger RNA half-life of other T cell activation genes, including c- myc , c- fos , IL-2 receptor, and the 4F2HC surface antigen. These data show that stimuli received at the cell surface can alter gene expression by inducing specific changes in messenger RNA degradation.

In vitro, when the B7 molecule on the surface of antigen-presenting cells binds to the T cell surface molecules CD28 and CTLA-4, a costimulatory signal for T cell activation is generated. CTLA4Ig is a soluble form of the extracellular domain of CTLA-4 and binds B7 with high avidity. CTLA4Ig treatment in vivo suppressed T cell-dependent antibody responses to sheep erythrocytes or keyhole limpet hemocyanin. Large doses of CTLA4Ig suppressed responses to a second immunization. Thus, costimulation by B7 is important for humoral immune responses in vivo, and interference with costimulation may be useful for treatment of antibody-mediated autoimmune disease.

The 4-1BB receptor is an inducible type I membrane protein and member of the tumor necrosis factor receptor (TNFR) superfamily that is rapidly expressed on the surface of CD4+ and CD8+ T cells after antigen- or mitogen-induced activation. Cross-linking of 4-1BB and the T cell receptor (TCR) on activated T cells has been shown to deliver a costimulatory signal to T cells. Here, we expand upon previously published studies by demonstrating that CD8+ T cells when compared with CD4+ T cells are preferentially responsive to both early activation events and proliferative signals provided via the TCR and 4-1BB. In comparison, CD28-mediated costimulatory signals appear to function in a reciprocal manner to those induced through 4-1BB costimulation. In vivo examination of the effects of anti-4-1BB monoclonal antibodies (mAbs) on antigen-induced T cell activation have shown that the administration of epitope-specific anti-4-1BB mAbs amplified the generation of H-2d-specific cytotoxic T cells in a murine model of acute graft versus host disease (GVHD) and enhanced the rapidity of cardiac allograft or skin transplant rejection in mice. Cytokine analysis of in vitro activated CD4+ and CD8+ T cells revealed that anti-4-1BB costimulation markedly enhanced interferon-gamma production by CD8+ T cells and that anti-4-1BB mediated proliferation of CD8+ T cells appears to be IL-2 independent. The results of these studies suggest that regulatory signals delivered by the 4-1BB receptor play an important role in the regulation of cytotoxic T cells in cellular immune responses to antigen.

CD28 is a 44-kDa glycoprotein expressed as a homodimer on the surface of a major subset of human T cells. Previous studies have demonstrated that the binding of monoclonal antibodies to the CD28 surface antigen can augment the proliferation of purified human T cells stimulated with suboptimal doses of mitogens or anti-T-cell receptor/CD3 complex antibodies. In this report, we show that CD28 stimulation augments T-cell immune responses by specifically inducing a 5- to 50-fold enhancement in the expression and secretion of interleukin 2, tumor necrosis factor type alpha, lymphotoxin, interferon gamma, and granulocyte-macrophage colony-stimulating factor in normal human T cells stimulated to proliferate by crosslinking of the T-cell receptor/CD3 complex. This CD28-mediated induction of lymphokine/cytokine gene expression occurred even in T cells stimulated with optimal concentrations of mitogens or anti-T-cell receptor/CD3 antibodies, although under these conditions CD28 activation failed to enhance the proliferative response. The activation pathway induced by stimulation of CD28 is distinct from other biochemical pathways that induce lymphokines/cytokines because CD28 stimulation can induce lymphokine/cytokine gene expression in the presence of the immunosuppressant cyclosporine. Together these data suggest that the CD28 cell surface molecule is part of a distinct activation pathway that specifically modulates the expression of multiple lymphokine/cytokine genes.

T cell costimulation by molecules on the antigen presenting cell (APC) is required for optimal T cell proliferation. The B7 molecule on APC binds the T lymphocyte receptor CD28, triggering increased interleukin 2 (IL-2) production and subsequent T cell proliferation. CTLA-4 is a predicted T cell membrane receptor homologous to CD28, which also binds the B7 counter receptor, but whose distribution and function are unknown. Here we have developed monoclonal antibodies (mAbs) specific for CTLA-4 and have investigated these questions. mAbs were produced that bound CTLA-4 but not CD28, and that blocked binding of CTLA-4 to B7. CTLA-4 expression as measured by these mAbs was virtually undetectable on resting T cells, but was increased several hundred-fold during T cell activation. On activated lymphocytes, CTLA-4 was expressed equally on CD4+ and CD8+ T cell subsets and was coexpressed with CD25, CD28, and CD45RO. CTLA-4 expression was lower than that of CD28, reaching a maximum of approximately 1/30-50 the level of CD28. Despite its lower expression, CTLA-4 was responsible for much of the B7 binding by large activated T cells. Anti-CTLA-4 mAb 11D4 and anti-CD28 mAb 9.3 acted cooperatively to inhibit T cell adhesion to B7, and to block T cell proliferation in primary mixed lymphocyte culture. When coimmobilized with anti T cell receptor (TCR) mAb, anti-CTLA-4 mAbs were less effective than anti-CD28 mAb 9.3 at costimulating proliferation of resting or activated T cells. However, coimmobilized combinations of anti-CD28 and anti-CTLA-4 were synergistic in their ability to augment anti-TCR-induced proliferation of preactivated CD4+ T cells. These results indicate that CTLA-4 is coexpressed with CD28 on activated T lymphocytes and cooperatively regulates T cell adhesion and activation by B7.

Abstract CD20 is a nonglycosylated 33 to 37 kD phosphoprotein involved in B-cell signaling that subserves important functions in the regulation of B-cell proliferation and differentiation. In addition, this B-cell surface antigen has been shown recently to be an effective target for immunotherapy of B-cell malignancies using chimeric (mouse/human) or radiolabeled murine monoclonal anti-CD20 antibodies. In this report we show that extensive crosslinking of CD20 with murine anti-CD20 monoclonal antibodies (MoAbs) in the presence of either goat anti-mouse IgG or Fc receptor (FcR)-expressing cells directly inhibits B-cell proliferation, induces nuclear DNA fragmentation, and leads to cell death by apoptosis. The apoptotic effects of these MoAbs can be inhibited by chelation of extracellular or intracellular Ca2+ by EGTA or Bapta AM, indicating that anti-CD20–mediated apoptosis may be related to changes in Ca2+ concentration. These findings suggest that ligation of CD20 in vivo by anti-CD20 antibodies in the presence of FcR-expressing cells may initiate signal transduction events that induce elevation of [Ca2+]i and lead to apoptosis of malignant B cells, thereby contributing to the impressive tumor regressions observed in mouse models and clinical trials using anti-CD20 MoAbs.

Human neutrophils, monocytes, and eosinophils are known to undergo apoptotic cell death. The Fas/Fas ligand pathway has been implicated as an important cellular pathway mediating apoptosis in diverse cell types. We conducted studies to examine the importance of the Fas/FasL system in normal human phagocytes. Although Fas expression was detected on neutrophils, monocytes, and eosinophils, constitutive expression of FasL was restricted to neutrophils. The three types of phagocytes demonstrated differential sensitivity to Fas-induced apoptosis. Only neutrophils were highly susceptible to rapid apoptosis in vitro after stimulation with activating anti-Fas IgM (mAb CH-11). Fas-mediated neutrophil apoptosis was suppressed by incubation with G-CSF, GM-CSF, IFN-gamma, TNF-alpha, or dexamethasone, as well as the selective tyrosine kinase inhibitors, herbimycin A and genistein. Spontaneous neutrophil death in vitro was partially suppressed by Fas-Ig fusion protein or antagonistic anti-Fas IgG1 (mAb ZB4). In coculture experiments, neutrophils released a soluble factor inducing death in Fas-susceptible Jurkat cells via a mechanism sensitive to the presence of Fas-Ig or anti-Fas IgG1. Immunoblot analysis using specific anti-human FasL IgG1 (mAb No. 33) identified a 37-kD protein in lysates of freshly isolated neutrophils and a 30-kD protein in the culture supernatant of neutrophils maintained in vitro. Our results suggest that mature neutrophils may be irrevocably committed to autocrine death by virtue of their constitutive coexpression of cell-surface Fas and FasL via a mechanism that is sensitive to proinflammatory cytokines, glucocorticoids, and inhibitors of tyrosine kinase activity. Furthermore, neutrophils can serve as a source of soluble FasL, which may function in a paracrine pathway to mediate cell death.