An inhibitory T cell receptor acts by stripping activating ligands off dendritic cells.

The protein cytotoxic T lymphocyte antigen-4 (CTLA-4) is an essential negative regulator of immune responses, and its loss causes fatal autoimmunity in mice. We studied a large family in which five individuals presented with a complex, autosomal dominant immune dysregulation syndrome characterized by hypogammaglobulinemia, recurrent infections and multiple autoimmune clinical features. We identified a heterozygous nonsense mutation in exon 1 of CTLA4. Screening of 71 unrelated patients with comparable clinical phenotypes identified five additional families (nine individuals) with previously undescribed splice site and missense mutations in CTLA4. Clinical penetrance was incomplete (eight adults of a total of 19 genetically proven CTLA4 mutation carriers were considered unaffected). However, CTLA-4 protein expression was decreased in regulatory T cells (Treg cells) in both patients and carriers with CTLA4 mutations. Whereas Treg cells were generally present at elevated numbers in these individuals, their suppressive function, CTLA-4 ligand binding and transendocytosis of CD80 were impaired. Mutations in CTLA4 were also associated with decreased circulating B cell numbers. Taken together, mutations in CTLA4 resulting in CTLA-4 haploinsufficiency or impaired ligand binding result in disrupted T and B cell homeostasis and a complex immune dysregulation syndrome.

Abstract The active form of vitamin D, 1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25(OH)2D3), has potent immunomodulatory properties that have promoted its potential use in the prevention and treatment of infectious disease and autoimmune conditions. A variety of immune cells, including macrophages, dendritic cells, and activated T cells express the intracellular vitamin D receptor and are responsive to 1,25(OH)2D3. Despite this, how 1,25(OH)2D3 regulates adaptive immunity remains unclear and may involve both direct and indirect effects on the proliferation and function of T cells. To further clarify this issue, we have assessed the effects of 1,25(OH)2D3 on human CD4+CD25− T cells. We observed that stimulation of CD4+CD25− T cells in the presence of 1,25(OH)2D3 inhibited production of proinflammatory cytokines including IFN- γ, IL-17, and IL-21 but did not substantially affect T cell division. In contrast to its inhibitory effects on inflammatory cytokines, 1,25(OH)2D3 stimulated expression of high levels of CTLA-4 as well as FoxP3, the latter requiring the presence of IL-2. T cells treated with 1,25(OH)2D3 could suppress proliferation of normally responsive T cells, indicating that they possessed characteristics of adaptive regulatory T cells. Our results suggest that 1,25(OH)2D3 and IL-2 have direct synergistic effects on activated T cells, acting as potent anti-inflammatory agents and physiologic inducers of adaptive regulatory T cells.

The failure of CD25+ regulatory T cells (Tregs) to proliferate after T cell receptor (TCR) stimulation in vitro has lead to their classification as naturally anergic. Here we use Tregs expressing a transgenic TCR to show that despite anergy in vitro, Tregs proliferate in response to immunization in vivo. Tregs also proliferate and accumulate locally in response to transgenically expressed tissue antigen whereas their CD25− counterparts are depleted at such sites. Collectively, these data suggest that the anergic state that characterizes CD25+ Tregs in vitro may not accurately reflect their responsiveness in vivo. These observations support a model in which Treg population dynamics are shaped by the local antigenic environment.

Interleukin-2 (IL-2) variants with increased CD25 dependence that selectively expand Foxp3+ regulatory T (TR) cells are in clinical trials for treating inflammatory diseases. Using an Fc-fused IL-2 mutein (Fc.IL-2 mutein) we developed that prevents diabetes in non-obese diabetic (NOD) mice, we show that Fc.IL-2 mutein induced an activated TR population with elevated proliferation, a transcriptional program associated with Stat5- and TCR-dependent gene modules, and high IL-10 and CTLA-4 expression. Increased IL-10 signaling limited surface MHC class II upregulation during conventional dendritic cell (cDC) maturation, while increased CTLA-4-dependent transendocytosis led to the transfer of CD80 and CD86 costimulatory ligands from maturing cDCs to TR cells. In NOD mice, Fc.IL-2 mutein treatment promoted the suppression of cDCs in the inflamed pancreas and pancreatic lymph nodes resulting in T cell anergy. Thus, IL-2 mutein-expanded TR cells have enhanced functional properties and restrict cDC function, offering promise for targeted immunotherapy use in autoimmune disease.

CTLA4 is an essential negative regulator of T cell immune responses and is a key checkpoint regulating autoimmunity and anti-tumour immunity. Genetic mutations resulting in a quantitative defect in CTLA4 are associated with the development of an immune dysregulation syndrome. Endocytosis of CTLA4 is rapid and continuous with subsequent degradation or recycling. CTLA4 has two natural ligands, the surface transmembrane proteins CD80 and CD86 that are shared with the T cell co-stimulatory receptor CD28. Upon ligation with CD80/CD86, CTLA4 can remove these ligands from the opposing cells by transendocytosis. The efficiency of ligand removal is thought to be highly dependent on the processes involved in CTLA4 trafficking. With a combined in vitro-in silico study, we quantify the rates of CTLA4 internalization, recycling and degradation. We incorporate experimental data from cell lines and primary human T cells. Our model provides a framework for exploring the impact of altered affinity of natural ligands or therapeutic anti-CTLA4 antibodies and for predicting the effect of clinically relevant CTLA4 pathway mutations. The presented methodology for extracting trafficking rates can be transferred to the study of other transmembrane proteins.