Abstract Bone marrow (BM) stromal cells are important in the development and maintenance of cells of the immune system. Using single cell RNA sequencing, we here explore the functional and phenotypic heterogeneity of individual transcriptomes of 1167 murine BM mesenchymal stromal cells. These cells exhibit a tremendous heterogeneity of gene expression, which precludes the identification of defined subpopulations. However, according to the expression of 108 genes involved in the communication of stromal cells with hematopoietic cells, we have identified 14 non‐overlapping subpopulations, with distinct cytokine or chemokine gene expression signatures. With respect to the maintenance of subsets of immune memory cells by stromal cells, we identified distinct subpopulations expressing Il7 , Il15 and Tnfsf13b . Together, this study provides a comprehensive dissection of the BM stromal heterogeneity at the single cell transcriptome level and provides a basis to understand their lifestyle and their role as organizers of niches for the long‐term maintenance of immune cells.

In T lymphocytes, expression of miR-148a is induced by T-bet and Twist1, and is specific for pro-inflammatory Th1 cells. In these cells, miR-148a inhibits the expression of the pro-apoptotic protein Bim and promotes their survival. Here we use sequence-specific cholesterol-modified oligonucleotides against miR-148a (antagomir-148a) for the selective elimination of pro-inflammatory Th1 cells in vivo. In the murine model of transfer colitis, antagomir-148a treatment reduced the number of pro-inflammatory Th1 cells in the colon of colitic mice by 50% and inhibited miR-148a expression by 71% in the remaining Th1 cells. Expression of Bim protein in colonic Th1 cells was increased. Antagomir-148a-mediated reduction of Th1 cells resulted in a significant amelioration of colitis. The effect of antagomir-148a was selective for chronic inflammation. Antigen-specific memory Th cells that were generated by an acute immune reaction to nitrophenylacetyl-coupled chicken gamma globulin (NP-CGG) were not affected by treatment with antagomir-148a, both during the effector and the memory phase. In addition, antibody titers to NP-CGG were not altered. Thus, antagomir-148a might qualify as an effective drug to selectively deplete pro-inflammatory Th1 cells of chronic inflammation without affecting the protective immunological memory.

T lymphocytes accumulate in inflamed tissues of patients with chronic inflammatory diseases (CIDs) and express pro-inflammatory cytokines upon re-stimulation in vitro. Further, a significant genetic linkage to MHC genes suggests that T lymphocytes play an important role in the pathogenesis of CIDs including juvenile idiopathic arthritis (JIA). However, the functions of T lymphocytes in established disease remain elusive. Here we dissect the transcriptional and the clonal heterogeneity of synovial T lymphocytes in JIA patients by single-cell RNA sequencing combined with T cell receptor profiling on the same cells. We identify clonally expanded subpopulations of T lymphocytes expressing genes reflecting recent activation by antigen in situ. A PD-1+ TOX+ EOMES+ population of CD4+ T lymphocytes expressed immune regulatory genes and chemoattractant genes for myeloid cells. A PD-1+ TOX+ BHLHE40+ population of CD4+ , and a mirror population of CD8+ T lymphocytes expressed genes driving inflammation, and genes supporting B lymphocyte activation in situ. This analysis points out that multiple types of T lymphocytes have to be targeted for therapeutic regeneration of tolerance in arthritis.

Proinflammatory type 1 T helper (Th1) cells are enriched in inflamed tissue and contribute to the maintenance of chronic inflammation in rheumatic diseases. Here we show that the microRNA- (miR-) 31 is upregulated in murine Th1 cells with a history of repeated reactivation and in memory Th cells isolated from the synovial fluid of patients with rheumatic joint disease. Knock-down of miR-31 resulted in the upregulation of genes associated with cytoskeletal rearrangement and motility and induced the expression of target genes involved in T cell activation, chemokine receptor- and integrin-signaling. Accordingly, inhibition of miR-31 resulted in increased migratory activity of repeatedly activated Th1 cells. The transcription factors T bet and Foxo1 act as positive and negative regulators of T cell receptor (TCR) - mediated miR-31 expression, respectively. Taken together, our data show that a gene regulatory network involving miR-31, T-bet and Foxo1 controls the migratory behavior of proinflammatory Th1 cells.

CD4 T cell memory is fundamental for long-lasting immunity and effective secondary responses following infection or vaccination. We have previously found that memory CD4 T cells specific for systemic antigens preferentially reside in the bone marrow (BM) and arise from splenic CD49b+T-bet+ CD4 T cells. However, how the precursors of BM memory CD4 T cells are generated during an immune reaction is unknown. We show here that BM memory precursors are generated via augmented rates of cell division throughout a primary immune response. Treatment with the cytostatic drug cyclophosphamide or blockade of the CD28/B7 co-stimulatory pathway at the beginning of the contraction phase abrogates the generation of BM memory precursors. We determine that, following a critical number of cell divisions, memory precursors downregulate CCR7 and upregulate IL-2Rβ, indicating that loss of CCR7 and gain of IL-2 signal are required for the migration of memory precursors toward the BM.

European Journal of ImmunologyVolume 49, Issue 9 p. 1297-1300 ContentsFree Access Contents: Eur. J. Immunol. 9'19 First published: 02 September 2019 https://doi.org/10.1002/eji.201970092AboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Volume49, Issue9September 2019Pages 1297-1300 RelatedInformation

T lymphocytes accumulate in inflamed tissues of patients with chronic inflammatory diseases (CIDs) and express pro-inflammatory cytokines upon re-stimulation in vitro. Further, a significant genetic linkage to MHC genes suggests that T lymphocytes play an important role in the pathogenesis of CIDs including juvenile idiopathic arthritis (JIA). However, the functions of T lymphocytes in established disease remain elusive. Here we dissect the heterogeneity of synovial T lymphocytes in JIA patients by single cell RNA-sequencing. We identify subpopulations of T lymphocytes expressing genes reflecting recent activation by antigen in situ. A PD-1+TOX+EOMES+ population of CD4+ T lymphocytes expressed immune regulatory genes and chemoattractant genes for myeloid cells. A PD-1+TOX+BHLHE40+ population of CD4+, and a mirror population of CD8+ T lymphocytes expressed genes driving inflammation, and genes supporting B lymphocyte activation. This analysis points out that multiple types of T lymphocytes have to be targeted for therapeutic regeneration of tolerance in arthritis.

Background

 Proinflammatory T helper (Th) cells are critically involved in the initiation and perpetuation of chronic inflammatory diseases (CID). In these diseases, proinflammatory Th cells persist in inflamed tissues and are refractory to current immunosuppressive therapies. The molecular factors regulating the survival of proinflammatory Th cells are not fully understood. Recently, we have shown that proinflammatory Th1 cells adapt to chronic inflammation by upregulating the expression of the microRNA (miRNA, miR)-148a¹. MiR-148a promotes the survival of proinflammatory Th1 cells by regulating the expression of the pro-apoptotic protein Bim. Memory Th cells isolated from inflamed synovia of patients with rheumatoid arthritis induce the expression of miR-148a, presumably enhancing their survival. Therefore we hypothesize, that miR-148a could represent a therapeutic target for the selective elimination of proinflammatory Th1 cells in CID. 

Objectives

 To test the suitability of miR-148a as a therapeutic target in a preclinical murine model of transfer colitis. 

Methods

 We have generated a retroviral based inducible miR-148a inhibitor, containing complementary binding sites for miR-148a, termed “miR-148a sponge”. We transduced transgenic Th cells with the miR-148a sponge or a scrambled (scr) control sponge. Induction of sponge expression was initiated by tamoxifen treatment. Expression of miRNA sponges was detected by GFP reporter gene expression and the functionality of miR148a inhibition was determined by real-time PCR for the miR-148a target Bim. MiR-148a sponge-transduced CD4⁺ Th1 cells were FACS-sorted and transferred into Rag1^-/- mice. After manifestation of colitis, mice were sacrificed and T cells were re-isolated from the spleens and colons for determining their phenotype and number by FACS analysis. 

Results

 Expression of miR-148a sponges resulted in a 2 fold increase of Bim expression in activated Th1 cells in vitro. In addition, we found reduced numbers of miR-148a-sponge expressing Th cells as compared to scr-sponge expressing Th cells in the spleens and colons of colitic mice. Finally, miR-148a sponge-expressing Th cells from spleens and colons of colitic mice showed higher levels of Bim expression per cell than scr-sponge expressing cells. 

Conclusions

 Our data suggest that miR-148a controls the survival of pro-inflammatory Th1 cells in chronic inflammation by inhibiting Bim expression. Thus, therapeutic targeting of miR-148a probably is suitable for the selective depletion of proinflammatory Th1 cells in chronic inflammation. 

References

 Haftmann, C. et al. miR-148a is upregulated by Twist1 and T-bet and promotes Th1-cell survival by regulating the proapoptotic gene Bim. European journal of immunology, doi:10.1002/eji.201444633 (2014). 

Acknowledgements

 Patrick Maschmeyer is supported by EUTRAIN, a FP7 Marie Curie Initial Training Network for Early Stage Researchers funded by the European Union. 

Disclosure of Interest

 None declared