Role of IL-2 and IL-15 on natural Regulatory T cell development in human thymus

Abstract

There are compelling evidence that regulatory T cells (Tregs) are essential for the maintenance of immunologic self-tolerance and immune homeostasis. There are several types of Tregs reported so far. Among them, naturally occurring Tregs, which are produced in the thymus as a functionally mature T-cell subpopulation specialized for suppressive function, persist in the periphery with stable function. In addition, it is now known that the transcription factor Foxp3, constitutively expressed by these cells, determines their lineage cell fate and their suppressive activity. The developmental program that thymocytes undergo to develop into mature Tregs has been largely defined in mice, whereas the principles governing human Tregs ontogeny are still poorly defined (Hsieh, et al.,2012). The data resulting from Tregs development in mice support that the IL(Interleukin)-2Rβ (IL-2 Receptor β) signaling pathway may be required for Tregs development. The role of IL-2 and IL-15, common-gamma chain cytokines (γc-cytokines) sharing the IL-2β-chain, was assessed by evaluating the impact of the exogenous addition of these cytokines to co-cultures of total thymocyte with primary thymic epithelial cells (co-cultures). IL-2 and IL-15 significantly enhanced the development of mature CD4+FOXP3+ cells and increased the expression of FOXP3 at the protein and transcriptional levels. In addition, FOXP3+ cells arising in supplemented co-cultures expressed in addition to FOXP3 other Tregs-associated markers, such as CD25 and CTLA-4, and displayed efficient suppressor function, as assessed in in vitro suppression assays. Moreover, both IL-2 and IL-15 promoted the proliferation and enhanced survival of already committed Tregs, as evidenced by increased proportion of FOXP3+ cells expressing the cell cycle marker Ki67 and Bcl2, respectively. Furthermore, the addition of IL-2 or IL-15 induced FOXP3 expression in sortpurified Tregs precursors, here identified as CD4SP CD25+127hi cells. Overall, our results suggest that in human thymic Tregs development, similarly to mice, Tregs precursors can be induced to express FOXP3 through IL-2Rβ-signaling, with concomitant stabilization of the Tregs lineage program.

As células T reguladoras (Tregs) são essenciais na manutenção da tolerância ao próprio e na homeostasia imunológica. Existem diversos tipos de Tregs descritas, entre elas, as Tregs Naturais são produzidas no timo como uma subpopulação funcional de células T maduras especializada para a função supressora. Sabe-se agora, que o factor de transcrição Foxp3, constitutivamente expresso por estas células, é determinante para o desenvolvimento da linhagem Treg. O programa de desenvolvimento a que os timócitos são submetidos para gerarem Tregs maduras tem sido amplamente descrito em ratinhos, no entanto os princípios que regem a ontogenia das Tregs em humanos não estão claramente definidos. Os estudos realizados em ratinhos indicam que a sinalização intracelular via IL (Interleucina)-2R(Receptor)β parece ser necessária para o desenvolvimento de Tregs . O papel da IL-2 e da IL-15, citocinas de cadeia-gama-comum (citocinas-γc) que partilham a cadeia IL-2Rβ no seu complexo receptor, foi avaliado pelo impacto da adição exógena destas citocinas a culturas de timócitos totais com células epiteliais timicas alogénicas (co-cultures). A adição destas citocinas aumentou significativamente o desenvolvimento das células T CD4+ FOXP3+ maduras, bem como a expressão de FOXP3 aos níveis proteico e transcripcional. As células FOXP3+ desenvolvidas em co-culturas suplementadas com IL-2 ou IL-15 expressaram marcadores celulares associados à linhagem Tregs, tais como o CD25 e o CTLA-4, e ainda exibiram uma eficiente função supressora, de acordo com os ensaios de supressão in vitro realizados. Além disso, ambas citocinas promoveram a proliferação e sobrevivência aumentadas de células já comprometidas com a linhagem de Tregs, como foi evidenciado pelo aumento da proporção de células FOXP3+ que expressavam Ki67 e Bcl2, respectivamente. O possível papel destas citocinas na diferenciação de Tregs foi ainda evidenciado quando a adição de IL-2 ou IL-15 induziu a expressão de FOXP3 em precursores Tregs purificados, aqui identificados como células CD4SP CD25+ CD127hi. No seu conjunto, os nossos resultados sugerem que no desenvolvimento de Tregs no timo humano, tal como ratinhos, os precursores de Tregs podem ser induzidos a expressar FOXP3 através de sinais intracelulares dependentes do IL-2Rβ, com concomitante estabilização do seu programa de desenvolvimento.