Trogocytosis modulates immune responses, with still unclear underlying molecular mechanisms. Using leukemia mouse models, we found that lymphocytes perform trogocytosis at high rates with tumor cells. While performing trogocytosis, both Natural Killer (NK) and CD8 + T cells acquire the checkpoint receptor PD-1 from leukemia cells. In vitro and in vivo investigation revealed that PD-1 on the surface of NK cells, rather than being endogenously expressed, was derived entirely from leukemia cells in a SLAM receptor–dependent fashion. PD-1 acquired via trogocytosis actively suppressed NK cell antitumor immunity. PD-1 trogocytosis was corroborated in patients with clonal plasma cell disorders, where NK cells that stained for PD-1 also stained for tumor cell markers. Our results, in addition to shedding light on a previously unappreciated mechanism underlying the presence of PD-1 on NK and cytotoxic T cells, reveal the immunoregulatory effect of membrane transfer occurring when immune cells contact tumor cells.

Blockade of the inhibitory checkpoint SIRPα-CD47 promotes phagocytosis of cancer cells by macrophages and is a promising avenue in anti-cancer therapy. Productive phagocytosis is strictly predicated on co-engagement of pro-phagocytic receptors—namely, Fc receptors (FcRs), integrin CD11b, or SLAMF7—by their ligands on cancer cells. Here, we examine whether additional pro-phagocytic receptors could be harnessed to broaden the scope of phagocytosis. Inflammatory stimuli, including multiple cytokines and Toll-like receptor (TLR) ligands, augment phagocytosis efficiency and fully alleviate the requirement of FcRs, CD11b, and SLAMF7 for phagocytosis. These effects are mediated by the unconventional pro-phagocytic integrins CD11a and CD11c, which act with CD18 to initiate actin polarization, leading to phagocytosis. Some inflammatory stimuli enable phagocytosis even in the absence of SIRPα-CD47 blockade. Higher CD11c expression in macrophage-enriched tumors correlates with improved survival in clinical studies. Thus, inflammatory macrophages exploit unconventional pro-phagocytic integrins for improved phagocytosis and anti-tumor immunity.

To develop a safe and effective mucosal vaccine against pathogenic influenza viruses, we constructed recombinant Lactobacillus casei strains that express conserved matrix protein 2 with (pgsA-CTA1-sM2/L. casei) or without (pgsA-sM2/L. casei) cholera toxin subunit A1 (CTA1) on the surface. The surface localization of the fusion protein was verified by cellular fractionation analyses, flow cytometry and immunofluorescence microscopy. Oral and nasal inoculations of recombinant L. casei into mice resulted in high levels of serum immunoglobulin G (IgG) and mucosal IgA. However, the conjugation of cholera toxin subunit A1 induced more potent mucosal, humoral and cell-mediated immune responses. In a challenge test with 10 MLD50 of A/EM/Korea/W149/06(H5N1), A/Puerto Rico/8/34(H1N1), A/Aquatic bird /Korea/W81/2005(H5N2), A/Aquatic bird/Korea/W44/2005(H7N3), and A/Chicken/Korea/116/2004(H9N2) viruses, the recombinant pgsA-CTA1-sM2/L. casei provided better protection against lethal challenges than pgsA-sM2/L. casei, pgsA/L. casei and PBS in mice. These results indicate that mucosal immunization with recombinant L. casei expressing CTA1-conjugated sM2 protein on its surface is an effective means of eliciting protective immune responses against diverse influenza subtypes.

CD2 is largely described to promote T cell activation when engaged by its ligands, CD48 in mice and CD58 in humans, that are present on antigen-presenting cells (APCs). However, both CD48 and CD58 are also expressed on T cells. By generating new knockout mouse strains lacking CD2 or CD48 in the C57BL/6 background, we determined that whereas CD2 was necessary on T cells for T cell activation, its ligand CD48 was not required on APCs. Rather, CD48 was also needed on T cells. One exception was during cytotoxicity, which required CD48 on T cells and APCs. Fluorescence resonance energy transfer (FRET) studies in nonimmune cells provided evidence that cis interactions between CD2 and CD48 existed within individual cells. CD2-CD48 interactions on T cells enabled more robust T cell receptor (TCR) signals, including protein tyrosine phosphorylation. Using T cells from a CD2 knock-in mouse in which a tag was inserted at the carboxyl terminus of CD2, mass spectrometry analyses revealed that the role of CD2 in T cell activation correlated with its ability to interact with components of the TCR complex and the protein tyrosine kinase Lck. CD2-CD58 provided a similar function in human T cells. Thus, our data imply that T cell-intrinsic cis interactions of CD2 with its ligands are required for TCR signaling and T cell activation. Interactions with ligands on APCs contribute during cytotoxicity.

Signaling lymphocytic activation molecule (SLAM) family receptors (SFRs) can mediate either activating or inhibitory effects during natural killer cell (NK cell) activation. In this study, we addressed the global role, regulation, and mechanism of action of the SLAM family in NK cells by analyzing a mouse lacking the entire ∼400-kilobase Slam locus, which encodes all six SFRs and CD48, the ligand of SFR 2B4. This mouse displayed enhanced NK cell activation responses toward hematopoietic target cells. Analyses of mice lacking individual SFRs showed that the inhibitory function of the Slam locus was due solely to 2B4 and was not influenced positively or negatively by other SFRs. Differences in NK cell responses between recognition of targets expressing or lacking ligands for SFRs were enhanced by IL-12 but suppressed by type I interferon. Cytokines also changed the levels of SLAM-associated protein adaptors, which prevent the inhibitory function of SFRs. The enhanced activation responses of SFR-deficient NK cells were dependent on integrin LFA-1 but not on DNAM-1 or NKG2D. SFR-mediated inhibition prevented the generation of activated forms of LFA-1. Hence, the Slam locus has an overall inhibitory role during NK cell activation that is solely dependent on 2B4. This effect is influenced by cytokines and leads to suppression of LFA-1 activity.

Signaling lymphocytic activation molecule (SLAM) family receptors (SFRs) can mediate either activating or inhibitory effects during natural killer cell (NK cell) activation. In this study, we addressed the global role, regulation, and mechanism of action of the SLAM family in NK cells by analyzing a mouse lacking the entire ∼400-kilobase Slam locus, which encodes all six SFRs and CD48, the ligand of SFR 2B4. This mouse displayed enhanced NK cell activation responses toward hematopoietic target cells. Analyses of mice lacking individual SFRs showed that the inhibitory function of the Slam locus was due solely to 2B4 and was not influenced positively or negatively by other SFRs. Differences in NK cell responses between recognition of targets expressing or lacking ligands for SFRs were enhanced by IL-12 but suppressed by type I interferon. Cytokines also changed the levels of SLAM-associated protein adaptors, which prevent the inhibitory function of SFRs. The enhanced activation responses of SFR-deficient NK cells were dependent on integrin LFA-1 but not on DNAM-1 or NKG2D. SFR-mediated inhibition prevented the generation of activated forms of LFA-1. Hence, the Slam locus has an overall inhibitory role during NK cell activation that is solely dependent on 2B4. This effect is influenced by cytokines and leads to suppression of LFA-1 activity.

Infection of mice by mouse cytomegalovirus (MCMV) triggers activation and expansion of Ly49H+ natural killer (NK) cells, which are virus specific and considered to be "adaptive" or "memory" NK cells. Here, we find that signaling lymphocytic activation molecule family receptors (SFRs), a group of hematopoietic cell-restricted receptors, are essential for the expansion of Ly49H+ NK cells after MCMV infection. This activity is largely mediated by CD48, an SFR broadly expressed on NK cells and displaying augmented expression after MCMV infection. It is also dependent on the CD48 counter-receptor, 2B4, expressed on host macrophages. The 2B4-CD48 axis promotes expansion of Ly49H+ NK cells by repressing their phagocytosis by virus-activated macrophages through inhibition of the pro-phagocytic integrin lymphocyte function-associated antigen-1 (LFA-1) on macrophages. These data identify key roles of macrophages and the 2B4-CD48 pathway in controlling the expansion of adaptive NK cells following MCMV infection. Stimulation of the 2B4-CD48 axis may be helpful in enhancing adaptive NK cell responses for therapeutic purposes.