mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-IOH-2208mimmun-2415Research ArticleМАТЕРИАЛЫ ФОРУМА "ДНИ ИММУНОЛОГИИ В СПБ" 2021ВЛИЯНИЕ ГОМЕОСТАТИЧЕСКИХ ЦИТОКИНОВ – IL-7 И IL-15 НА T-РЕГУЛЯТОРНЫЕ КЛЕТКИ IN VITROINFLUENCE OF HOMEOSTATIC CYTOKINES – IL-7 AND IL-15 ON T-REGULATORY CELLS IN VITROШевыревД. В.ShevyrevD. V.

к.м.н., младший научный сотрудник лаборатории клинической иммунопатологии,

630099, г. Новосибирск, ул. Ядринцевская, 14

PhD (Medicine), Junior Research Associate, Laboratory of Clinical Immunopathology, 

630099, Novosibirsk, Yadrintsevskaya str., 14

КозловВ. А.KozlovV. A.

д.м.н., профессор, академик РАН, заведующий лабораторией клинической иммунопатологии,

630099, г. Новосибирск, ул. Ядринцевская, 14

PhD, MD (Medicine), Professor, Full Member, Russian Academy of Sciences, Head, Laboratory of Clinical Immunopathology, 

630099, Novosibirsk, Yadrintsevskaya str., 14

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт фундаментальной и клинической иммунологии»РоссияResearch Institute of Fundamental and Clinical ImmunologyRussian Federation202117102021234671676Copyright © Шевырев Д.В., Козлов В.А., 20212021Шевырев Д.В., Козлов В.А.Shevyrev D.V., Kozlov V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/2415

Цитокины IL-7 и IL-15 являются наиболее важными гуморальными факторами, обеспечивающими восстановление пула Т-лимфоцитов после лимфопении в процессе гомеостатической пролиферации (ГП). Однако неизвестно, могут ли эти цитокины обеспечивать гомеостатическое поддержание и пролиферацию T-регуляторных клеток (Treg). Также, учитывая связь между гомеостатической пролиферацией и развитием аутоиммунных заболеваний, интересно, могут ли цитокины ГП вызывать переход Treg-клеток в Th17-лимфоциты. Поэтому целью данного исследования было изучить влияние гуморальных факторов ГП (IL-7 и IL-15) на Treg-клетки in vitro. В исследовании использовалась периферическая кровь 22 здоровых доноров. Фракцию МНК получали центрифугированием в градиенте плотности фиколла. Для стимуляции пролиферации использовались цитокины ГП – IL-7 и IL-15, а также комбинация IL-2 с анти-CD3-антителами. Интенсивность пролиферации Treg оценивалась с помощью проточной цитометрии с использованием CFSE в общих культурах МНК по фенотипу CD3+CD4+CD25+FoxP3+, а также в чистой популяции Treg-клеток CD3+CD4+CD25+CD127lo, полученной с помощью иммуномагнитной сепарации с использованием набора MACS Treg Isolation Kit. Также во время культивирования оценивалась экспрессия основного транскрипционного фактора Th17-лимфоцитов – RORyt в CD3+CD4+CD25+FoxP3+-лимфоцитах. Было обнаружено, что IL-7 и IL-15 могут поддерживать Treg-клетки численно и по фенотипу, поддерживая экспрессию FoxP3 в Treg-клетках. При этом, в отличие от цитокинов ГП, стимуляция IL-2 + анти-CD3 индуцировала экспрессию FoxP3 de novo в CD4+ лимфоцитах. Также было обнаружено, что IL-7 и IL-15 могут вызывать пролиферацию Treg-клеток, однако она значительно менее интенсивна по сравнению со стимуляцией IL-2 + анти-CD3. При этом цитокины ГП не обладали способностью индуцировать экспрессию RORyt как в Treg клетках, так и в CD4+ лимфоцитах. Таким образом, было показано, что IL-7 и IL-15 потенциально могут участвовать в поддержании общего пула клеток Treg во время лимфопении, когда возникает дефицит IL-2, и не индуцируют экспрессию RORyt. Однако, как эти цитокины влияют на функциональную активность Treg-клеток, остается неясным и требует дальнейших исследований. 

Cytokines IL-7 and IL-15 are the most important humoral factors providing T-conventional cell pool reconstitution during homeostatic proliferation caused by lymphopenia. However, whether these cytokines can provide homeostatic maintenance and proliferation of T-regulatory (Treg) cells is largely unknown. Considering the association between homeostatic proliferation and the development of autoimmunity, we decided to investigate the ability of these factors to cause differentiation of Treg-cells into Th17-lymphocytes. Therefore, the purpose of this study was to investigate the influence of humoral factors of homeostatic proliferation (IL-7 and IL-15) on Treg-cells in vitro. The study used peripheral blood sampled from 22 healthy donors. PBMC fraction was isolated by Ficoll density gradient centrifugation. Proliferation was induced by IL-7, IL-15, and by a combination of IL-2 with anti-CD3-antibodies. The proliferation intensity of Tregs was evaluated by flow cytometry using CFSE in PBMC cultures by phenotype CD3+CD4+CD25+FoxP3+ and in the previously purified population of CD3+CD4+CD25+CD127lo-cells. In this case Treg-cells were obtained by immunomagnetic separation from PBMCs using a MACS Treg Isolation Kit. Also, the RORyt expression in CD3+CD4+CD25+FoxP3+-cells was evaluated during cultivation. Here, we have shown that IL-7 and IL-15 could support Treg-cells by number and phenotype. Also, we revealed that these factors provide FoxP3 expression in Treg-cells; meanwhile, stimulation with IL-2 + anti-CD3 can also cause induction of FoxP3 expression de novo in conventional CD4+ cells. Also, we have shown that IL-7 and IL-15 can cause lower-intensity proliferation of Treg-cells in comparison with IL-2 + anti-CD3. Herewith homeostatic cytokines didn’t have the ability to induce RORyt expression in both T-regulatory cells and CD4+ conventional T-lymphocytes. Thus, it has been shown that IL-7 and IL-15 can potentially participate in maintaining the total pool of Treg-cells during lymphopenia, when IL-2 deficiency occurs, without causing the induction of RORyt expression. However, how homeostatic cytokines affect the functional activity of Treg-cells remains unclear and requires further investigation. 

T-регуляторные клеткиIL-7IL-15гомеостатическая пролиферацияRORγtFoxP3T-regulatory cellsIL-7IL-15homeostatic proliferationRORγtand FoxP3This work was supported by the RFBR, Grant № 17-44-540167r_a.ReferencesBerard M., Brandt K., Bulfone-Paus S., Tough D.F. IL-15 promotes the survival of naive and memory phenotype CD8+ T cells. J. Immunol., 2003, Vol. 170, no. 10, pp. 5018-5026.Berard M., Brandt K., Bulfone-Paus S., Tough D.F. IL-15 promotes the survival of naive and memory phenotype CD8+ T cells. J. Immunol., 2003, Vol. 170, no. 10, pp. 5018-5026.Du R., Zhao H., Yan F., Li H. IL-17+Foxp3+ T cells: an intermediate differentiation stage between Th17 cells and regulatory T cells. J. Leukoc. Biol., 2014, Vol. 96, no. 1, pp. 39-48.Du R., Zhao H., Yan F., Li H. IL-17+Foxp3+ T cells: an intermediate differentiation stage between Th17 cells and regulatory T cells. J. Leukoc. Biol., 2014, Vol. 96, no. 1, pp. 39-48.Duarte J.H., Zelenay S., Bergman M.L., Martins A.C., Demengeot J. Natural Treg cells spontaneously differentiate into pathogenic helper cells in lymphopenic conditions. Eur. J. Immunol., 2009, Vol. 39, no. 4, pp. 948-955.Duarte J.H., Zelenay S., Bergman M.L., Martins A.C., Demengeot J. Natural Treg cells spontaneously differentiate into pathogenic helper cells in lymphopenic conditions. Eur. J. Immunol., 2009, Vol. 39, no. 4, pp. 948-955.Komatsu N., Okamoto K., Sawa S., Nakashima T., Oh-hora M., Kodama T., Tanaka S., Bluestone J.A., Takayanagi H. Pathogenic conversion of Foxp3+ T cells into TH17 cells in autoimmune arthritis. Nat. Med., 2014, Vol. 20, no. 1, pp. 62-68.Komatsu N., Okamoto K., Sawa S., Nakashima T., Oh-hora M., Kodama T., Tanaka S., Bluestone J.A., Takayanagi H. Pathogenic conversion of Foxp3+ T cells into TH17 cells in autoimmune arthritis. Nat. Med., 2014, Vol. 20, no. 1, pp. 62-68.Kondrack R.M., Harbertson J., Tan J.T., McBreen M.E., Surh C.D., Bradley L.M. Interleukin 7 regulates the survival and generation of memory CD4 cells. J. Exp. Med., 2003, Vol. 198, no. 12, pp. 1797-1806.Kondrack R.M., Harbertson J., Tan J.T., McBreen M.E., Surh C.D., Bradley L.M. Interleukin 7 regulates the survival and generation of memory CD4 cells. J. Exp. Med., 2003, Vol. 198, no. 12, pp. 1797-1806.Li Z., Li D., Tsun A., Li B. FOXP3+ regulatory T cells and their functional regulation. Cell. Mol. Immunol., 2015, Vol. 12, no. 5, pp. 558-565.Li Z., Li D., Tsun A., Li B. FOXP3+ regulatory T cells and their functional regulation. Cell. Mol. Immunol., 2015, Vol. 12, no. 5, pp. 558-565.Salomon B., Lenschow D.J., Rhee L., Ashourian N., Singh B., Sharpe A., Bluestone J.A. B7/CD28 costimulation is essential for the homeostasis of the CD4+CD25+ immunoregulatory T cells that control autoimmune diabetes. Immunity, 2000, Vol. 12, no. 4, pp. 431-440.Salomon B., Lenschow D.J., Rhee L., Ashourian N., Singh B., Sharpe A., Bluestone J.A. B7/CD28 costimulation is essential for the homeostasis of the CD4+CD25+ immunoregulatory T cells that control autoimmune diabetes. Immunity, 2000, Vol. 12, no. 4, pp. 431-440.Shevyrev D.V., Blinova E.A., Kozlov V.A. The influence of humoral factors of homeostatic proliferation on T-regulatory cells in vitro. Bulletin of Siberian Medicine, 2019, Vol. 18, no. 1, pp. 286-293. (In Russ.)Shevyrev D.V., Blinova E.A., Kozlov V.A. The influence of humoral factors of homeostatic proliferation on T-regulatory cells in vitro. Bulletin of Siberian Medicine, 2019, Vol. 18, no. 1, pp. 286-293. (In Russ.)Shevyrev D.V., Kozlov V.A. The role of homeostatic proliferation and SNP mutations in MHC genes in the development of rheumatoid arthritis. Annals of the Russian Academy of Medical Sciences., 2020, Vol. 75, no. 6, pp. 638-646. (In Russ.)Shevyrev D.V., Kozlov V.A. The role of homeostatic proliferation and SNP mutations in MHC genes in the development of rheumatoid arthritis. Annals of the Russian Academy of Medical Sciences., 2020, Vol. 75, no. 6, pp. 638-646. (In Russ.)Shevyrev D.V., Tereshchenko V.P. Treg heterogeneity, function, and homeostasis. Front. Immunol., 2020, Vol. 10, 3100. doi: 10.3389/fimmu.2019.03100.Shevyrev D.V., Tereshchenko V.P. Treg heterogeneity, function, and homeostasis. Front. Immunol., 2020, Vol. 10, 3100. doi: 10.3389/fimmu.2019.03100.Shevyrev D.V., Tereshchenko V.P., Kozlov V.A. Homeostatic proliferation: from health to pathology. Russian Journal of Immunology, 2018, Vol. 21, no. 2, pp. 91-105. (In Russ.)Shevyrev D.V., Tereshchenko V.P., Kozlov V.A. Homeostatic proliferation: from health to pathology. Russian Journal of Immunology, 2018, Vol. 21, no. 2, pp. 91-105. (In Russ.)Sprouse M.L., Shevchenko I., Scavuzzo M.A., Joseph F., Lee T., Blum S., Borowiak M., Bettini M.L., Bettini M. Cutting edge: low-affinity TCRs support regulatory T Cell function in autoimmunity. J. Immunol., 2018, Vol. 200, no. 3, pp. 909-914.Sprouse M.L., Shevchenko I., Scavuzzo M.A., Joseph F., Lee T., Blum S., Borowiak M., Bettini M.L., Bettini M. Cutting edge: low-affinity TCRs support regulatory T Cell function in autoimmunity. J. Immunol., 2018, Vol. 200, no. 3, pp. 909-914.Vang K.B., Yang J., Mahmud S.A., Burchill M.A., Vegoe A.L., Farrar M.A. IL-2, -7, and -15, but not thymic stromal lymphopoeitin, redundantly govern CD4+Foxp3+ regulatory T cell development. J. Immunol., 2008, Vol. 181, no. 5, pp. 3285-3290.Vang K.B., Yang J., Mahmud S.A., Burchill M.A., Vegoe A.L., Farrar M.A. IL-2, -7, and -15, but not thymic stromal lymphopoeitin, redundantly govern CD4+Foxp3+ regulatory T cell development. J. Immunol., 2008, Vol. 181, no. 5, pp. 3285-3290.Zorn E., Nelson E.A., Mohseni M., Porcheray F., Kim H., Litsa D., Bellucci R., Raderschall E., Canning C., Soiffer R.J., Frank D.A., Ritz J. IL-2 regulates FOXP3 expression in human CD4+CD25+ regulatory T cells through a STAT-dependent mechanism and induces the expansion of these cells in vivo. Blood, 2006, Vol. 108, no. 5, pp. 1571-1579.Zorn E., Nelson E.A., Mohseni M., Porcheray F., Kim H., Litsa D., Bellucci R., Raderschall E., Canning C., Soiffer R.J., Frank D.A., Ritz J. IL-2 regulates FOXP3 expression in human CD4+CD25+ regulatory T cells through a STAT-dependent mechanism and induces the expansion of these cells in vivo. Blood, 2006, Vol. 108, no. 5, pp. 1571-1579.Zou T., Satake A., Corbo-Rodgers E., Schmidt A.M., Farrar M.A., Maltzman J.S., Kambayashi T. Cutting edge: IL-2 signals determine the degree of TCR signaling necessary to support regulatory T cell proliferation in vivo. J. Immunol., 2012, Vol. 189, no. 1, pp. 28-32.Zou T., Satake A., Corbo-Rodgers E., Schmidt A.M., Farrar M.A., Maltzman J.S., Kambayashi T. Cutting edge: IL-2 signals determine the degree of TCR signaling necessary to support regulatory T cell proliferation in vivo. J. Immunol., 2012, Vol. 189, no. 1, pp. 28-32.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.