T Cell Co-stimulation and the Resistance of Regulatory T cells to Gut Inflammation

点击翻译按钮获取中文摘要

PROJECT  SUMMARY/ABSTRACT.  CD4+  T  regulatory  cells  (Treg  cells)  are  a  minor  population  of  lymphocytes  found  throughout  the  body.  Treg  cells  are  primarily  characterized  by  expression  of  the  transcription  factor  Foxp3  and  are  essential  for  preventing  autoimmunity  throughout  life.  Because  of  their  ability  to  suppress  the  activity  of  pro-­inflammatory  cells,  and  recent  success  treating  human  diseases,  Treg  cells  can  potentially  be  effective  in  treating  inflammatory  bowel  disease  (IBD).  Some  of  the  obstacles  limiting  the  clinical  use  of  Treg  cells  include  difficulties  obtaining  a  sufficient  number  of  cells,  the  inability  to  direct  the  cells to the site of inflammation, and the instability of some Treg cells under inflammatory conditions. The latter  is  especially  true of  in  vitro-­differentiated  Treg  cells  (iTreg  cells)  that  can be  generated  by stimulation  of  naïve  precursors  in  the  presence  of  transforming  growth  factor-­beta  (TGFβ),  interleukin-­2  (IL-­2)  and  retinoic  acid.  This approach will allow for the generation of larger numbers of Treg cells than can be isolated and expanded  from  peripheral  blood.  Moreover,  such  cells  can  be  engineered  to  express  gut  antigen-­specific  receptors  that  will ultimately guide them to the inflamed intestines. This means that the only major hurdle that would remain is  the  well-­documented  instability  of  iTreg  cells.  Finding  ways  to  overcome  this  limitation  could  therefore  hasten  the  therapeutic  use  of  iTreg  cells.  One  way  to  address  this  is  to  first  determine  how  Treg  cell  stability  is  achieved  in  nature  and  apply  those  mechanisms  to  the  generation  of  iTreg  cells.  We  have  found  that  in  the  absence  of  T  cell  so-­stimulation  via  the  interaction  of  the  inducible  T  cell  co-­stimulator  (ICOS)  and  its  ligand  (ICOS ligand, ICOSL), Treg cells in the large intestine -­ all of which develop naturally in vivo -­ lose expression  of  Foxp3. Even  in  health,  the  intestine  is  considered to  be  in  a  state of  ‘physiologic  inflammation’ owing  to  the  basal levels of pro-­inflammatory mediators induced via interactions with the commensal microbiota. Therefore,  this  project  will  test  the  hypothesis  that  ICOSL-­ICOS  stimulation  is  essential  for  imprinting  the  phenotypic  stability that promotes Foxp3+ Treg cell resilience in the presence of pro-­inflammatory signals. Importantly, we  have also found that iTreg cells differentiated in the absence of ICOSL rapidly extinguish expression of Foxp3,  in  stark  contrast  to  their  ICOSL-­activated  counterparts.  The  first  objective  of  this  proposal  is  to  determine  the  possible  consequences  of  ICOSL  deficiency  on  the  fate  of  in  vivo  derived  Treg  cells,  providing  novel  insight  into  nature’s  use  of  this  pathway  for  promoting  sustained  expression  of  Foxp3  in  the  intestines.  We  will  then  test  whether  inclusion  of  a  robust  APC-­derived  ICOSL  signal  is  an  effective  means  of  inducing  stable  microbiota  antigen-­specific  iTreg  cells  that  can  specifically  impede  ongoing  gut  inflammation.  Ultimately,  this  study has the potential to move us one step closer to effective iTreg cell-­mediated immunotherapy for IBD.