Osteoclasts, the only bone-resorbing cells, are central to the pathogenesis of osteoporosis, yet their development and regulation are incompletely understood. Multiple receptors of the immune system use a common signaling paradigm whereby phosphorylated immunoreceptor tyrosine-based activation motifs (ITAMs) within receptor-associated adapter proteins recruit the Syk tyrosine kinase. Here we demonstrate that a similar mechanism is required for development of functional osteoclasts. Mice lacking two ITAM-bearing adapters, DAP12 and the Fc receptor γ-chain (FcRγ), are severely osteopetrotic. DAP12 -/- FcR γ -/- bone marrow cells fail to differentiate into multinucleated osteoclasts or resorb bone in vitro and show impaired phosphorylation of the Syk tyrosine kinase. syk -/- progenitors are similarly defective in osteoclast development and bone resorption. Intact SH2-domains of Syk, introduced by retroviral transduction, are required for functional reconstitution of syk -/- osteoclasts, whereas intact ITAM-domains on DAP12 are required for reconstitution of DAP12 -/- FcR γ -/- cells. These data indicate that recruitment of Syk to phosphorylated ITAMs is critical for osteoclastogenesis. Although DAP12 appears to be primarily responsible for osteoclast differentiation in cultures directly stimulated with macrophage-colony stimulating factor and receptor activator of NF-κB ligand cytokines, DAP12 and FcRγ have overlapping roles in supporting osteoclast development in osteoblast–osteoclast cocultures, which mirrors their overlapping functions in vivo . These results provide new insight into the biology of osteoclasts and suggest novel therapeutic targets in diseases of bony remodeling.

The Syk tyrosine kinase plays a critical role in the signaling machinery of various receptors of the adaptive immune system. Here we show that Syk is also an essential component of integrin signaling in neutrophils. syk(-/-) neutrophils failed to undergo respiratory burst, degranulation, or spreading in response to proinflammatory stimuli while adherent to immobilized integrin ligands or when stimulated by direct crosslinking of integrins. Signaling from the beta(1), beta(2), or beta(3) integrins was defective in syk(-/-) cells. Syk colocalized with CD18 during cell spreading and initiated downstream signaling events leading to actin polymerization. Surprisingly, these defects in integrin-mediated activation did not impair the integrin-dependent in vitro or in vivo migration of syk(-/-) neutrophils or of cells deficient in Src-family kinases. Thus, integrins use different signaling mechanisms to support migration and adherent activation.

Lymphatic vessels develop from specialized endothelial cells in preexisting blood vessels, but the molecular signals that regulate this separation are unknown. Here we identify a failure to separate emerging lymphatic vessels from blood vessels in mice lacking the hematopoietic signaling protein SLP-76 or Syk. Blood-lymphatic connections lead to embryonic hemorrhage and arteriovenous shunting. Expression of slp-76 could not be detected in endothelial cells, and blood-filled lymphatics also arose in wild-type mice reconstituted with SLP-76-deficient bone marrow. These studies reveal a hematopoietic signaling pathway required for separation of the two major vascular networks in mammals.

Integrins regulate cell adhesion and motility through tyrosine kinases, but initiation of this process is poorly understood. We find here that Src associates constitutively with integrin αIIbβ3 in platelets. Platelet adhesion to fibrinogen caused a rapid increase in αIIbβ3-associated Src activity, and active Src localized to filopodia and cell edges. Csk, which negatively regulates Src by phosphorylating Tyr-529, was also constitutively associated with αIIbβ3. However, fibrinogen binding caused Csk to dissociate from αIIbβ3, concomitant with dephosphorylation of Src Tyr-529 and phosphorylation of Src activation loop Tyr-418. In contrast to the behavior of Src and Csk, Syk was associated with αIIbβ3 only after fibrinogen binding. Platelets multiply deficient in Src, Hck, Fgr, and Lyn, or normal platelets treated with Src kinase inhibitors failed to spread on fibrinogen. Inhibition of Src kinases blocked Syk activation and inhibited phosphorylation of Syk substrates (Vav1, Vav3, SLP-76) implicated in cytoskeletal regulation. Syk-deficient platelets exhibited Src activation upon adhesion to fibrinogen, but no spreading or phosphorylation of Vav1, Vav3, and SLP-76. These studies establish that platelet spreading on fibrinogen requires sequential activation of Src and Syk in proximity to αIIbβ3, thus providing a paradigm for initiation of integrin signaling to the actin cytoskeleton.

At sites of inflammation, ligation of leukocyte integrins is critical for the activation of cellular effector functions required for host defense. However, the signaling pathways linking integrin ligation to cellular responses are poorly understood. Here we show that integrin signaling in neutrophils and macrophages requires adaptors containing immunoreceptor tyrosine-based activation motifs (ITAMs). Neutrophils and macrophages lacking two ITAM-containing adaptor proteins, DAP12 and FcRgamma, were defective in integrin-mediated responses. Activation of the tyrosine kinase Syk by integrins required that DAP12 and FcRgamma were first phosphorylated by Src family kinases. Retroviral transduction of neutrophils and macrophages with wild-type and mutant Syk or DAP12 demonstrated that the Src homology 2 domains of Syk and the ITAM of DAP12 were required for integrin signaling. Our data show that integrin signaling for the activation of cellular responses in neutrophils and macrophages proceeds by an immunoreceptor-like mechanism.

Novel vaccination strategies against Mycobacterium tuberculosis (MTB) are urgently needed. The use of recombinant MTB antigens as subunit vaccines is a promising approach, but requires adjuvants that activate antigen-presenting cells (APCs) for elicitation of protective immunity. The mycobacterial cord factor Trehalose-6,6-dimycolate (TDM) and its synthetic analogue Trehalose-6,6-dibehenate (TDB) are effective adjuvants in combination with MTB subunit vaccine candidates in mice. However, it is unknown which signaling pathways they engage in APCs and how these pathways are coupled to the adaptive immune response. Here, we demonstrate that these glycolipids activate macrophages and dendritic cells (DCs) via Syk–Card9–Bcl10–Malt1 signaling to induce a specific innate activation program distinct from the response to Toll-like receptor (TLR) ligands. APC activation by TDB and TDM was independent of the C-type lectin receptor Dectin-1, but required the immunoreceptor tyrosine-based activation motif–bearing adaptor protein Fc receptor γ chain (FcRγ). In vivo, TDB and TDM adjuvant activity induced robust combined T helper (Th)-1 and Th-17 T cell responses to a MTB subunit vaccine and partial protection against MTB challenge in a Card9-dependent manner. These data provide a molecular basis for the immunostimulatory activity of TDB and TDM and identify the Syk–Card9 pathway as a rational target for vaccine development against tuberculosis.

During development neutrophils undergo extensive changes in nuclear morphology, gene expression programmes, and acquire specific effector functions. However, molecular mechanisms controlling neutrophil development remain largely unknown. Here we systematically analysed changes in gene expression and chromatin landscape across stages of neutrophil differentiation, to construct a network of transcription factors, predicted to control neutrophil development and acquisition of functions. Zinc finger protein 263 (Zfp263) emerged at the apex of this network. Neutrophil maturation ex vivo and in vivo was blocked in cells lacking Zfp263 and accelerated if its levels were induced. Mechanistically, Zfp263 acts as a direct transcriptional repressor of the ERK1/2 pathway, that supports the proliferative capacity of neutrophil progenitors and limits their differentiation into mature cells. Blocking ERK1/2 signalling in the Zfp263 deficient cells using chemical inhibitors, rescues neutrophil differentiation. Other targets of Zfp263 include genes involved in neutrophil migration, cytokine and chemokine expression, reactive oxygen species and formation of neutrophil extracellular traps. Thus, our study outlines a framework for modulation of neutrophil development and/or function, aimed at neutrophil-mediated diseases.