Antigen-presenting, major histocompatibility complex (MHC) class II-rich dendritic cells are known to arise from bone marrow. However, marrow lacks mature dendritic cells, and substantial numbers of proliferating less-mature cells have yet to be identified. The methodology for inducing dendritic cell growth that was recently described for mouse blood now has been modified to MHC class II-negative precursors in marrow. A key step is to remove the majority of nonadherent, newly formed granulocytes by gentle washes during the first 2-4 d of culture. This leaves behind proliferating clusters that are loosely attached to a more firmly adherent "stroma." At days 4-6 the clusters can be dislodged, isolated by 1-g sedimentation, and upon reculture, large numbers of dendritic cells are released. The latter are readily identified on the basis of their distinct cell shape, ultrastructure, and repertoire of antigens, as detected with a panel of monoclonal antibodies. The dendritic cells express high levels of MHC class II products and act as powerful accessory cells for initiating the mixed leukocyte reaction. Neither the clusters nor mature dendritic cells are generated if macrophage colony-stimulating factor rather than granulocyte/macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) is applied. Therefore, GM-CSF generates all three lineages of myeloid cells (granulocytes, macrophages, and dendritic cells). Since > 5 x 10(6) dendritic cells develop in 1 wk from precursors within the large hind limb bones of a single animal, marrow progenitors can act as a major source of dendritic cells. This feature should prove useful for future molecular and clinical studies of this otherwise trace cell type.

B7-2 is a recently discovered, second ligand for the CTLA-4/CD28, T cell signaling system. Using the GL-1 rat monoclonal antibody (mAb), we monitored expression of B7-2 on mouse leukocytes with an emphasis on dendritic cells. By cytofluorography, little or no B7-2 was detected on most cell types isolated from spleen, thymus, peritoneal cavity, skin, marrow, and blood. However, expression of B7-2 could be upregulated in culture. In the case of epidermal and spleen dendritic cells, which become highly immunostimulatory for T cells during a short period of culture, the upregulation of B7-2 was dramatic and did not require added stimuli. Lipopolysaccharide did not upregulate B7-2 levels on dendritic cells, in contrast to macrophages and B cells. By indirect immunolabeling, the level of staining with GL-1 mAb exceeded that seen with rat mAbs to several other surface molecules including intercellular adhesion molecule 1, B7-1, CD44, and CD45, as well as new hamster mAbs to CD40, CD48, and B7-1/CD80. Of these accessory molecules, B7-2 was a major species that increased in culture, implying a key role for B7-2 in the functional maturation of dendritic cells. B7-2 was the main (> 90%) CTLA-4 ligand on mouse dendritic cells. When we applied GL-1 to tissue sections of a dozen different organs, clear-cut staining with B7-2 antigen was found in many. B7-2 staining was noted on liver Kupffer cells, interstitial cells of heart and lung, and profiles in the submucosa of the esophagus. B7-2 staining was minimal in the kidney and in the nonlymphoid regions of the gut, and was not observed at all in the brain. In the tongue, only rare dendritic cells in the oral epithelium were B7-2+, but reactive cells were scattered about the interstitial spaces of the muscle. In all lymphoid tissues, Gl-1 strongly stained certain distinct regions that are occupied by dendritic cells and by macrophages. For dendritic cells, these include the thymic medulla, splenic periarterial sheaths, and lymph node deep cortex; for macrophages, the B7-2-rich regions included the splenic marginal zone and lymph node subcapsular cortex. Splenic B7-2+ cells were accessible to labeling with GL-1 mAb given intravenously. Dendritic cell stimulation of T cells (DNA synthesis) during the mixed leukocyte reaction was significantly (35-65%) blocked by GL-1.(ABSTRACT TRUNCATED AT 400 WORDS)

The developmental origin of dendritic cells, a specialized system of major histocompatibility complex (MHC) class II-rich antigen-presenting cells for T-cell immunity and tolerance, is not well characterized. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) is known to stimulate dendritic cells, including growth and development from MHC class II-negative precursors in suspension cultures of mouse bone marrow. Here we studied colony formation in semi-solid methylcellulose cultures, a classical bioassay system in which GM-CSF induces the formation of mixed granulocyte-macrophage colonies. When colonies were induced from MHC class II-negative precursors, a small subset (1-2%) of typical dendritic cells developed alongside macrophages and granulocytes. The dendritic cells were distinguished by their cytologic features, high levels of MHC class II products, and distinct intracellular granule antigens. By using differential adherence to plastic, enriched populations of the various myeloid cell types were isolated from colonies. Only the dendritic cells stimulated a primary T-cell immune response, the mixed leukocyte reaction, and the potency was comparable to typical dendritic cells isolated from spleen. Macrophages from mixed or pure colonies were inactive as stimulator cells. Therefore, three distinct pathways of myeloid development--granulocytes, macrophages, and dendritic cells--can develop from a common MHC class II-negative progenitor under the aegis of GM-CSF.