background image

Article

Ferritin heavy chain supports stability and function of
the regulatory T cell lineage

Qian Wu

1,2,15

Ana Rita Carlos

1,3,15

, Faouzi Braza

1,15

, Marie-Louise Bergman

1

Jamil Z Kitoko

1

,

Patricia Bastos-Amador

1

, Eloy Cuadrado

4

, Rui Martins

1

, Bruna Sabino Oliveira

1

, Vera C Martins

1

,

Brendon P Scicluna

5

, Jonathan JM Landry

6

Ferris E Jung

6

, Temitope W Ademolue

1

,

Mirko Peitzsch

7

, Jose Almeida-Santos

1

Jessica Thompson

1

, Silvia Cardoso

1

, Pedro Ventura

1

,

Manon Slot

4

, Stamatia Rontogianni

4

, Vanessa Ribeiro

3

Vital Da Silva Domingues

1

, Inês A Cabral

1

,

Sebastian Weis

8,9,10

, Marco Groth

11

, Cristina Ameneiro

12

, Miguel Fidalgo

12

Fudi Wang

13

,

Jocelyne Demengeot

1

, Derk Amsen

4,14

& Miguel P Soares

1

Abstract

Regulatory T (TREG) cells develop via a program orchestrated by the
transcription factor forkhead box protein P3 (FOXP3). Maintenance of
the TREG cell lineage relies on sustained FOXP3 transcription via a
mechanism involving demethylation of cytosine-phosphate-guanine
(CpG)-rich elements at conserved non-coding sequences (CNS) in
the FOXP3 locus. This cytosine demethylation is catalyzed by the
ten

eleven translocation (TET) family of dioxygenases, and it involves

a redox reaction that uses iron (Fe) as an essential cofactor. Here, we
establish that human and mouse TREG cells express Fe-regulatory
genes, including that encoding ferritin heavy chain (FTH), at relatively
high levels compared to conventional T helper cells. We show that
FTH expression in TREG cells is essential for immune homeostasis.
Mechanistically, FTH supports TET-catalyzed demethylation of CpG-
rich sequences CNS1 and 2 in the FOXP3 locus, thereby promoting
FOXP3 transcription and TREG cell stability. This process, which is
essential for TREG lineage stability and function, limits the severity of
autoimmune neuroin

ammation and infectious diseases, and favors

tumor progression. These

ndings suggest that the regulation of

intracellular iron by FTH is a stable property of TREG cells that sup-
ports immune homeostasis and limits the pathological outcomes of
immune-mediated in

ammation.

Keywords

Regulatory T Cells; FOXP3; Iron Metabolism; Ferritin Heavy

Chain; Ten

eleven Translocation Enzymes

Subject Categories

Cancer; Chromatin, Transcription & Genomics;

Immunology

https://doi.org/10.1038/s44318-024-00064-x

Received 26 April 2023; Revised 15 February 2024;

Accepted 20 February 2024

Published online: 18 March 2024

Introduction

Identi

ed and characterized (Powrie and Mason,

1990

Sakaguchi

et al,

1982

originally on the basis of their critical involvement in

maintaining peripheral immune tolerance (Coutinho et al,

1993

),

regulatory T (T

REG

) cells partake in different aspects of immune

homeostasis (Campbell and Rudensky,

2020

; Dikiy and Rudensky,

2023

; Josefowicz et al,

2012

Panduro et al,

2016

). One of the main

functions of T

REG

cells, however, is most likely to restrain the breath

of innate and adaptive immune responses against commensal
microbes to prevent immunopathology (Belkaid,

2007

; Demengeot

et al,

2006

). This evolutionarily conserved trait was probably co-

opted through evolution to prevent peripheral self-reactive T and B
cells from eliciting autoimmune diseases (Lafaille et al,

1994

;

Sakaguchi et al,

1995

). As an evolutionary trade-off (Stearns and

Medzhitov,

2015

), T

REG

cells are pathogenic, for example, when

limiting immune-mediated in

ammatory responses to pathogens to

promote chronic infections (Belkaid,

2007

Demengeot et al,

2006

)

or when restraining anti-tumor immunity, to promote cancer
progression (Curiel et al,

2004

Liu et al,

2016

).

T

REG

cell development and function are controlled by the X-

chromosome-encoded transcription factor FOXP3 (Fontenot et al,

2003

; Hori et al,

2003

), together with auxiliary transcriptional

1

Instituto Gulbenkian de Ciência, Oeiras, Portugal.

2

International Institutes of Medicine, the Fourth Af

liated Hospital of Zhejiang University, School of Medicine, Yiwu, Zhejiang,

China.

3

Departamento de Biologia Animal, Centro de Ecologia, Evolução e Alterações Ambientais, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal.

4

Department

of Hematopoiesis and Department of Immunopathology, Sanquin Research and Landsteiner Laboratory, Amsterdam, The Netherlands.

5

Department of Applied Biomedical

Science, Faculty of Health Sciences, Mater Dei Hospital, and Centre for Molecular Medicine and Biobanking, University of Malta, Msida, Malta.

6

Genomic Core Facility, European

Molecular Biology Laboratory, Heidelberg, Germany.

7

Institute for Clinical Chemistry and Laboratory Medicine, University Clinic Carl Gustav Carus, TU Dresden, Dresden,

Germany.

8

Department for Anesthesiology and Intensive Care Medicine, Jena University Hospital, Friedrich-Schiller University, Jena, Germany.

9

Institute for Infectious Disease

and Infection Control, Jena University Hospital, Friedrich-Schiller University, Jena, Germany.

10

Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology, Hans-Knöll

Institute-HKI, Jena, Germany.

11

Leibniz Institute on Aging-Fritz Lipmann Institute, Jena, Germany.

12

Center for Research in Molecular Medicine and Chronic Diseases (CiMUS),

Universidade de Santiago de Compostela-Health Research Institute (IDIS), Santiago de Compostela, Spain.

13

The Second Af

liated Hospital, School of Public Health, Zhejiang

University School of Medicine, Hangzhou 310058, China.

14

Department of Experimental Immunology, Amsterdam UMC, University of Amsterdam, Amsterdam, The Netherlands.

15

These authors contributed equally: Qian Wu, Ana Rita Carlos, Faouzi Braza.

E-mail:

mpsoares@igc.gulbenkian.pt

1234567

890();,:

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1445

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

regulators (Kanamori et al,

2016

). The transcriptional program

enforced by FOXP3 speci

es T

REG

cell lineage commitment in the

thymus and in the periphery (Fontenot et al,

2003

Hori et al,

2003

;

Lee et al,

2012

), generating thymic T

REG

(tT

REG

) cells and

peripherally derived T

REG

(pT

REG

) cells, respectively (Chen et al,

2003

). Sustained

FOXP3

transcription maintains T

REG

cell lineage

stability (Williams and Rudensky,

2007

), avoiding transdifferentia-

tion towards pro-in

ammatory T helper (T

H

) cells (Gavin et al,

2007

; Morikawa et al,

2014

).

FOXP3

transcription is regulated by different signal transduc-

tion pathways, emanating from the T-cell receptor (TCR),
interleukin (IL-2) receptor, and TGF-

β

receptor (Bennett et al,

2001

; Brunkow et al,

2001

Hori and Sakaguchi,

2004

), among

others. Sustained

FOXP3

transcription is enforced epigenetically

(Gavin et al,

2007

Morikawa et al,

2014

), in response to

environmental cues (Chapman et al,

2020

; Shi and Chi,

2019

) that

regulate different aspects of T

REG

cell metabolism (Etchegaray and

Mostoslavsky,

2016

). These epigenetic modi

cations include the

relative methylation status of cytosine-phosphate-guanine (CpG)-
rich sequences in the

FOXP3

conserved non-coding sequences

(CNS) 1, 2, and 3 (Ohkura et al,

2012

; Zheng et al,

2010

), whereby

cytosine methylation represses while demethylation sustains

FOXP3

transcription (Ohkura et al,

2012

Zheng et al,

2010

).

Cytosine methylation is catalyzed by DNA methyltransferase

(DNMT) (Ohkura et al,

2012

), while demethylation is catalyzed by

the ten

eleven translocation (TET) family of dioxygenases (Wu and

Zhang,

2017

Yue et al,

2016

). Cytosine demethylation consists on

redox-based reactions that oxidize 5-methylcytosine (5-mC) into
5-hydroxymethylcytosine (5-hmC), 5-formylcytosine (5-fC) and
5-carboxylcytosine (5caC) (Kohli and Zhang,

2013

). TET dioxy-

genases catalyze cytosine demethylation at

FOXP3

CNS1 and 2

(Ohkura et al,

2012

), supporting T

REG

cell lineage stability

(Nakatsukasa et al,

2019

; Wu and Zhang,

2017

Yue et al,

2019

;

Yue et al,

2016

), and preventing T

REG

cell transdifferentiating into

in

ammatory effector T

H

cells, also referred as ex-T

REG

cells (Duarte

et al,

2009

Komatsu et al,

2009

Zhou et al,

2009

).

TET dioxygenases use Fe as an essential cofactor and the

intermediate metabolite

α

-ketoglutarate as an obligatory substrate

(Huang and Rao,

2014

Pastor et al,

2013

). This TET reliance on Fe

availability entertained the hypothesis that regulation of cellular Fe
metabolism acts upstream of TET dioxygenases to modulate T

REG

cell lineage stability.

Several studies have shown that Fe metabolism impacts on

immunity. For example, intracellular Fe availability and redox
activity is essential to support B and T-cell development (Vanoaica
et al,

2014

), via a cytoprotective mechanism exerted by the ferritin

H chain (FTH) (Berberat et al,

2003

Pham et al,

2004

), likely

involving the mitochondria (Blankenhaus et al,

2019

Vanoaica

et al,

2014

). Regulation of cellular Fe content and redox activity also

modulate cytokine production by effector T

H

cells, via a mechanism

involving the PolyC-RNA-Binding Protein 1 (PCBP1) (Wang et al,

2018

). Cellular Fe import, via the transferrin receptor 1 (

TFR1/

CD71

), supports T

H

type 1 (T

H

1) cell immunity and its regulation

by induced T

REG

(iT

REG

) cells (Voss et al,

2023

) as well as antibody

responses to vaccination (Frost et al,

2021

; Jiang et al,

2019

) and

immunity against infection by pathogens such as

Plasmodium

, the

causative agent of malaria (Wideman et al,

2023

).

Here, we demonstrate that regulation of Fe metabolism by

FTH operates upstream of TET dioxygenases to enforce cytosine

demethylation at CpG-rich sequences in the CNS1 and 2 of the

FOXP3

locus, sustaining

FOXP3

transcription, expression and T

REG

cell lineage identity. This cell-intrinsic property of T

REG

cells is

essential to maintain immune homeostasis while exerting a major
impact on the outcome of immune-driven in

ammation.

Results

T

REG

cells express relatively high levels of FTH

In a previously unbiased proteomics analysis, we found that freshly
isolated human naive CD45RA

+

CD25

hi

T

REG

(nT

REG

) and memory

CD45RA

-

CD25

hi

T

REG

(mT

REG

) cells expressed relatively higher levels of

Fe-regulatory proteins, including FTH and ferritin L chain (FTL),
when compared to CD45RA

+

CD25

-

naive conventional (nTconv) cells

or to CD45RA

-

CD25

-

activated/memory (mTconv) cells (Cuadrado

et al,

2018

). The relatively higher expression of the FTH and FTL

components of the ferritin complex was maintained upon expansion of
human CD4

+

CD127

CD25

+

T

REG

cells in vitro, in comparison to T

CONV

cells CD4

+

CD127

+

CD25

cells (Fig.

1

A,B). Similarly, mouse

CD4

+

Foxp3

+

T

REG

cells also expressed relatively higher levels of FTH

protein, compared to CD4

+

Foxp3

CD44

low

CD62L

high

naive T

H

cells

(T

N

) or CD4

+

Foxp3

CD44

high

CD62L

low

memory T

H

cells (T

M

), as

determined by western blot (Fig.

1

C,D). This suggests that sustained

and elevated levels of ferritin expression are a stable property of
human and mouse T

REG

cells. Of note, mouse T

REG

cells express

similar levels of

Fth

mRNA, compared to T

N

cells, while

(CD4

±

Foxp3

CD44

high

CD62L

) T

M

cells express relatively higher

levels of

Fth

mRNA, compared to T

REG

cells (Appendix Fig. S1). This

suggests that the relatively higher level of FTH protein expression in
T

REG

cells is enforced post-transcriptionally, similar to other cell types

(Hentze et al,

1987

; Meyron-Holtz et al,

2004

Muckenthaler et al,

2017

Rouault et al,

1988

).

We monitored FTH expression in induced T

REG

(iT

REG

) cells,

generated from mouse T

N

cells activated in vitro with anti-CD3/

CD28 mAb plus IL-2 and TGF

β

(Chen et al,

2003

) (Fig.

1

E). To this

aim we used

Foxp3

GFP

T

REG

cell reporter mice, in which a green

uorescent protein (GFP) humanized Cre-recombinase (GFP-

hCre) coding sequence is inserted downstream of the

Foxp3

ATG

translational start codon in a bacterial arti

cial chromosome (BAC)

transgene carrying the intact

Foxp3

promoter (Foxp3-GFP-hCre;

referred herein as

Foxp3

GFP

) (Chen et al,

2003

Zhou et al,

2008

).

FTH protein expression was higher under culture conditions
containing TGF

β

and enriched in CD4

+

GFP

+

iT

REG

cells, compared

to culture conditions lacking TGF

β

and enriched in CD4

+

GFP

-

T

CONV

cells (Fig.

1

F). A similar trend was observed for

Fth

mRNA,

which was upregulated in iT

REG

cells (Fig.

1

G). The relative level of

Fth

mRNA expression was similar in thymic, peripheral and iT

REG

cells (Appendix Fig. S2).

FTH expression in T

REG

cells is essential to maintain

immune homeostasis

To determine the effect of regulation of intracellular Fe metabolism
by FTH on T

REG

cells, we introduced an additional

loxP

-

anked

Fth

allele (

Fth

/

) (Darshan et al,

2009

) into

Foxp3

GFP

mice (Zhou et al,

2008

), deleting

Fth

speci

cally in T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs.

control

Foxp3

GFP

mice (Fig. EV1A).

Fth

deletion was associated with

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1446

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

B

T

CONV

T

REG

FTH

E

-Actin

0

0 .0 2

0 .0 4

0 .0 6

0 .0 8

0 .1

FTH/

E

-Actin

A

**

21

T

CONV

T

REG

I

J

42

H

KDa

KDa

CD4

CD4

Foxp3

GFP-Fth∆/∆

1 10 10

2

10

3

10

4

10

5

10

1

10

2

10

3

10

4

10

5

10

6

12,4%

1 10 10

2

10

3

10

4

10

5

10

1

10

2

10

3

10

4

10

5

10

6

1 10 10

2

10

3

10

4

10

5

5,71%

1 10 10

2

10

3

10

4

10

5

2,65%

13,3%

0

5

10

15

0

1

2

3

4

***

***

***

1 10 10

2

10

3

10

4

10

5

10

1

10

2

10

3

10

4

10

5

10

6

1 10 10

2

10

3

10

4

10

C

Fth/H3

Fth

H3

T

N

T

REG

T

M

D

21

17

KDa

KDa

T

N

T

REG

T

M

Spleen

MLN

T

REG

cell

(CD4

+

GFP

+

)

Thymus

T

REG

cell

(CD4

+

GFP

+

)

T

REG

 cell

(CD4

+

GFP

+

)

E

F

CD4

D

CD3/28

IL-2

D

CD3/28

IL-2 + TGF

E

T

N

T

CONV

G

iT

REG

Fth

H3

21

15

1,15%

10

5

10

4

10

3

0

-10

3

10

5

10

4

10

3

0

-10

3

10

5

10

4

10

3

0

79,4%

D

CD3/28
+IL-2

D

CD3/28

+IL-2/TGF

E

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Fth/H3

Protein

**

T

CONV

iT

REG

0

0.2

0.3

0.1

Fth/Arbp0 

mRNA

**

T

CONV

iT

REG

KDa

T

CONV

iT

REG

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth∆/∆

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth∆/∆

Foxp3

GFP

0

1

2

3

0

1

2

3

K

L

MLN

Foxp3

-GFP

CD4

Foxp3

GFP-Fth∆/∆

Foxp3

GFP

Foxp3

-GFP

Nrp1

Nrp1

+

Nrp1

-

Nbr. 

Foxp3

-GFP

+

Cells (x10

5

)

Nrp1

+

Nrp1

-

Foxp3

-GFP

+

 (%)

*

*

0

1

2

3

2,15%

1,14%

***

NS

Foxp3

-GFP

+

 (%)

Foxp3

-GFP

+

 (%)

Nbr. 

Foxp3

-GFP

+

Cells (x10

5

)

Nbr. 

Foxp3

-GFP

+

Cells (x10

6

)

Foxp3

-GFP

+

 (%)

Nbr. 

Foxp3

-GFP

+

Cells (x10

5

)

Nrp1

(tT

REG

)

Nrp1

(pT

REG

)

CD4

+

GFP

cells

0

10

3

10

4

10

5

0

10

3

10

4

10

5

0

20

40

60

80

100

0

1

2

3

4

*

*

***

***

82%

72,6%

0

10

3

10

4

Thymus

Spleen & MLN

Events (%)

Foxp3

GFP-Fth∆/∆

Foxp3

GFP

*** *** ***

10

3

0

10

4

Foxp3

-GFP

Thymus

Spleen

MLN

0

1

2

3

4

Foxp3

-GFP

MFI (10

3

)

Thymus

Spleen

MLN

T

REG

 cell

CD4

+

GFP

+

Foxp3

-GFP

Foxp3

-GFP

Foxp3

-GFP

***

0.5

2

1.5

1

0

0

5

10

15

20

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1447

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

the accumulation of intracellular labile Fe

2

+

in T

REG

cells, isolated

from the mesenteric lymph nodes (MLN) of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs.

control

Foxp3

GFP

mice (Fig. EV1B).

The frequency of thymic CD4

+

GFP

+

T

REG

cells was lower in

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Foxp3

GFP

mice (Fig.

1

H). This was not

associated, however, with a concomitant reduction in the number of
CD4

+

GFP

+

T

REG

cells (Fig.

1

H). In contrast, there was a marked

reduction of both the frequency and numbers of T

REG

cells in the spleen

(Fig.

1

I) and in the MLN (Fig.

1

J) of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Foxp3

GFP

mice. The frequency and number of CD4

+

GFP

+

CXCR5

+

PD1

+

follicular T

REG

(FT

REG

) cells was also decreased in the spleen of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Foxp3

GFP

mice (Fig. EV1C). These observa-

tions suggest that regulation of intracellular Fe by FTH is required to
sustain the number of circulating T

REG

and FT

REG

cells in the periphery,

without interfering with thymic T

REG

cell output.

We noticed that the relative level of GFP expression, reporting on

Foxp3

transcription under the control of an intact

Foxp3

locus (Chen

et al,

2003

Zhou et al,

2008

), was reduced in thymic, splenic and MLN

T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Foxp3

GFP

mice (Fig.

1

K).

These observations suggest that FTH regulates

Foxp3

transcription in

the thymus as well as in circulating T

REG

cells, which is not suf

cient

however, to interfere with thymic T

REG

cell output.

Thymic and peripheral T

REG

cell development give rise to tT

REG

and iT

REG

cells, expressing neuropilin1 (Nrp1) or not, respectively

(Weiss et al,

2012

Yadav et al,

2012

). The frequency and number of

Nrp1

+

tT

REG

cells and Nrp1

-

iT

REG

cells was reduced, to the same

extent, as assessed in the MLN (Fig.

1

L) of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Foxp3

GFP

mice. This suggests that regulation of Fe metabolism by

FTH is required for the maintenance of thymic-derived and
peripherally induced T

REG

cells.

FTH restrains T

REG

cell transdifferentiation into

in

ammatory ex-T

REG

cells

The reduction in T

REG

cells imposed by

Fth

deletion was associated

with an accumulation of activated CD4

+

CD44

high

CD62L

low

T

CONV

cells and CD8

+

CD44

high

CD62L

low

cytotoxic T (T

C

) cells, in the

spleen (Fig. EV1D) and in MLN of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Fth

/

mice (Fig. EV1E). Concomitantly, there was an increase in the
frequency of interferon-

γ

(IFN

γ

)-expressing activated CD4

+

T

H

cells and CD8

+

T

C

cells in the spleen (Fig. EV1F) and MLN

(Fig. EV1G). These observations suggest that regulation of Fe
metabolism in T

REG

cells is essential to maintain immune home-

ostasis, preventing the activation and accumulation of in

amma-

tory CD4

+

T

H

cells and CD8

+

T cells.

Secreted ferritin complexes can restrain human T-cell prolifera-

tion in vitro (Gray et al,

2001

), entertaining the hypothesis that

ferritin secretion supports the antiproliferative function of T

REG

cells. However, T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice inhibited T-cell

proliferation in vitro, to a similar extent as T

REG

cells from

Foxp3

GFP

(Fig. EV2A). This suggests that FTH is not essential to support the
antiproliferative function of T

REG

cells, consistent with

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice not developing overt autoimmune pathologic lesions,
compared to control

Fth

/

mice (Fig. EV2B).

To gain further insight into the mechanism via which FTH

modulates T

REG

cell function in vivo, we performed RNA

sequencing (RNAseq), to compare the gene expression pro

les of

CD4

+

CD25

+

GFP

+

T

REG

cells sorted from the lymph nodes of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Foxp3

GFP

mice (Fig.

2

A). T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice upregulated 1832 genes and downregulated

1340 genes, compared to T

REG

cells from control

Foxp3

GFP

mice

(Fig.

2

B).

Fth

deletion was associated with dysregulation of Foxp3-

dependent and -independent

T

REG

transcriptional signature

(Hill

et al,

2007

), affecting at least 194 genes involved in T

REG

cell

function and lineage maintenance (Fig.

2

C). Pathway enrichment

analysis (Fig.

2

D,E) showed that T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice

presented T

H

1 and type 2 (T

H

2) transcriptional signatures (Fig.

2

D),

as illustrated by the induction of the transcriptional master
regulators of T

H

1 and T

H

2 effector functions,

Tbx21

(T-box

transcription factor; T-bet) and

Gata3

(GATA Binding Protein 3)

as well as

Runx3 (

RUNX Family Transcription Factor 3),

respectively (Fig. EV2C).

Consistently,

the

percentage

of

activated

CD4

+

GFP

+

CD44

high

CD62L

low

T

REG

cells was higher in the spleen and MLN

Figure 1.

T

REG

cell ferritin expression is a stable property of human and mouse T

REG

cells.

(

A

) FTH and

β

-Actin protein expression, detected by western blot in whole-cell extracts from human T conventional (CD4

+

CD45RA

+

CD127

+

CD25

; T

CONV

) and T

REG

(CD4

+

CD127

CD45RA

+

CD25

hi

) cells after two weeks of expansion with anti-CD3, anti-CD28 mAb and IL-2. (

B

) Relative quanti

cation of FTH protein expression,

normalized to

β

-Actin, detected by western blot as in (

A

).

n

=

3 independent experiments. (

C

) FTH and histone H3 protein expression detected by western blot in whole-

cell extracts from sorted mouse naive T cells (CD4

+

Foxp3

-

CD44

low

CD62L

high

; T

N

), (CD4

+

Foxp3

+

GFP

+

) T

REG

cells and memory T cells (CD4

+

Foxp3

CD44

high

CD62L

low

; T

M

),

by western blot. (

D

) Relative quanti

cation of FTH, normalized to histone H3, protein expression, detected by western blot as in (

C

). Data were normalized to FTH

expression in T

N

cells, pooled from four independent experiments. (

E

) Schematic representation of the protocol used for the generation of iT

REG

and representative

ow

cytometry dot plots of mouse iT

REG

generated from sorted naive T cells (T

N

), stimulated with anti-CD3 and anti-CD28 mAb plus IL-2 and TGF

β

for 5 days. Control T

CONV

cells were subjected to the same experimental conditions, without TGF

β

. (

F

) FTH and histone H3 protein expression, detected by western blot in whole-cell extracts from

iT

REG

and T

CONV

generated as depicted in (

E

). Data pooled from three independent experiments with similar trend. (

G

) The relative level of

Fth

mRNA expression, quanti

ed

by qRT-PCR, using

Arbp0

as housekeeping gene. Data pooled from three independent experiments, with similar trend. (

H

J

) Schematic representation of the protocol used

(top panels), representative

ow cytometry dot plots (middle panels) and corresponding quanti

cation of percentage (%) in CD4

+

cells and cell number (Nbr.) (bottom

panels) of live (TCR

β

+

CD4

+

Foxp3

+

) GFP

+

T

REG

cells in (

H

) thymus, (

I

) spleen and (

J

) mesenteric LN (MLN). (

H

) Data from

N

=

8 mice per genotype, per organ, from two

independent experiments, with similar trend. (

I

,

J

) Data from

N

=

12 mice per genotype, per organ, from three independent experiments, with similar trend. (

K

) Schematic

representation of the experimental approach (top panel) used to monitor the expression of the GFP-hCre transgene in the thymus, spleen, and MLN of (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells. Representative

ow cytometry histograms of GFP-hCre (bottom left panel). Relative quanti

cation of GFP-hCre expression (bottom right panel), represented as

mean

uorescence intensity (MFI). Data from

N

=

8 mice per genotype, pooled from two independent experiments with similar trend. (

L

) Schematic representation of the

experimental approach (left panel) used, representative

ow cytometry dot plots (top panel) and corresponding quanti

cation of percentage (%) (bottom left panel) and

cell number (Nbr.) (bottom right panel) of live (TCR

β

+

CD4

+

GFP

+

) Nrp1

+

and Nrp1

-

T

REG

cells in MLN. Data from

N

=

8 mice per genotype, pooled from two independent

experiments with similar trend. Data information: Data in (

B

,

F

,

G

) are presented as mean ± SD. Data in (

D

) are presented as mean ± SEM. Circles in (

H

L

) correspond to

individual mice.

P

values in (

B

,

F

J

) determined using unpaired

t

test with Welch

s correction, in (

D

,

H

J

) using ordinary one-way ANOVA, and in (

K

,

L

) using Two-way

ANOVA with Sidak

s multiple comparisons test. NS not signi

cant (

P

> 0.05); *

P

< 0.05; **

P

< 0.01; ***

P

< 0.001. Source data are available online for this

gure.

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1448

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

eIF4/p70S6K

signaling

mTOR

signaling

EIF2

signaling

A

B

0

2

4

6

8

10

C

F

T

G

E

R

er

ut

a

n

gi

s

l

a

n

oit

pir

c

s

n

art

ll

e

c

Fold Expression (log

2

)

-2 -1 0 1 2

0

2

4

6

AHR signaling

Interferon signaling

Acute phase response

ER stress pathway

BRCA1 in DNA damage response

DNA damage (14-3-3-σ signaling)

Inflammasome pathway

CHK in cell cycle checkpoint control

G1/S checkpoint regulation

T

H

 cell differentiation

LXR/RXR activation

Cyclins and cell cycle regulation

GADD45 signaling

T

H

2 pathway

NRF2-oxidative stress response

Cell cycle control of chrom. replic.

T

H

1 pathway

Estrogen-mediated S-phase entry

G2/M DNA damage checkpoint

T

H

1 and T

H

2 activation

3

5

1

Akt1 Nqo1Dnajb11

Hmox1Sod2Mgst1Sqstm1

Nfe2l2MafkMap2k3

Txnrd1Dnajc15

Sod1Abcc1Fkbp5Bach1Ube2e3

Cat Pmf1GclmTxn1Vcp Prdx1Pi

k3c2a

Gsr Gclc A

bcc4

Gstt2Hacd3Enc1Maff Ft

l1

MafgMaf Rras2Actg2Aox1Map3k5

Oxidative stress

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

−1

0

1

2

P

F

G-

3

p

x

o

F

CD25

d

et

r

o

S

10

5

10

4

10

3

10

2

0

-10

2

10

5

10

4

10

3

0

-10

3

l

ait

i

nI

Fth1

Mirt1

Top2a

Tigit

Hmox1

Anxa2

Myo1f

Myo6

Hist1h1b

Prune2

Mt1

Slc25a23

Stra6

Cdc42bpa

Hdac9

Nqo1

Ryr2

Cyp26b1

Tmem136

Cacna1i

Mt2

Gm13394

Mest

Clec2g

Pianp

Pls1

Pnlip

0

50

100

150

200

250

−8

−4

0

0

4

8

Adjusted p-value (-log

10

)

Base mean

expression

250000

500000

750000

Log

2

 fold change

Foxp3

GFP-FthΔ/Δ

  vs. 

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

10

5

10

4

10

3

10

2

0

-10

2

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Sorting

Lymph nodes

CD25

+

Foxp3

+

(GFP

+

)

RNAseq

D

P-value (-log 10)

P-value (-log 10)

E

8,12%

89,9%

Fold Expression (log2)

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1449

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Foxp3

GFP

mice (Fig. EV2D). This was

associated with an increase in the frequency of CD4

+

GFP

+

T

REG

cells expressing IFN

γ

in the spleen (Fig. EV2E). This suggests that

FTH is essential to prevent the transdifferentiation of T

REG

cells into

in

ammatory T

H

cells.

RNAseq analysis also revealed that

Fth

deletion in T

REG

cells led

to the induction of the canonical oxidative stress response
controlled by the transcription factor nuclear factor erythroid-
derived 2-like 2 (NRF2) (Fig.

2

D). This was associated with the

activation of other canonical stress responses, including the cell
cycle and DNA damage, unfolded protein, and hypoxic response
(Fig.

2

D) as well as an overall shutdown of eIF2, mTOR and eIF4/

p70s6K signaling transduction pathways (Fig.

2

E). Activation of the

oxidative stress response regulated by NRF2 was characterized by
the induction of

Nqo1

and

Hmox1

, among several other NRF2-

regulated genes (Fig.

2

F). These observations suggest that FTH is

essential to support a transcriptional pro

le that maintains T

REG

cell

redox homeostasis, similar to described in other cell types
(Blankenhaus et al,

2019

; Vanoaica et al,

2014

).

FTH supports T

REG

cell lineage maintenance

To establish whether FTH enforces T

REG

cell lineage maintenance and

prevents the transdifferentiation of T

REG

cells into in

ammatory T

H

cells, an additional Rosa26-tandem dimer (td) Tomato-Flox-stop-Flox
allele was introduced into

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice, driving the expression

of tdTomato (tdT) by Cre-driven excision of a Flox-stop-Flox cassette,
under the control of Foxp3 regulatory regions (Fig.

3

A). The resulting

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice allow distinguishing CD4

+

GFP

+

tdT

+

T

REG

from

CD4

+

GFP

-

tdT

+

ex-T

REG

cells that at some point in their developmental

history downregulated

Foxp3

(i.e., GFP

-

), while retaining TdT

expression (Fig.

3

A).

Fth

deletion in T

REG

cells was associated with a

progressive reduction in the frequency of circulating T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs. control

Foxp3

GFP-tdT

mice, as assessed from 2 to

24 weeks after birth (Figs.

3

B and EV3A). Concomitantly, there was an

increase in the frequency of circulating ex-T

REG

cells (Figs.

3

C

and EV3A), with 60% of circulating T

REG

cells becoming ex-T

REG

cells

in

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

, 24 weeks after birth (Figs.

3

and EV3A). This

relative enrichment in the proportion of ex-T

REG

cells suggests that

Fth

deletion promotes the conversion of T

REG

cells into ex-T

REG

cells.

We reasoned that if FTH prevents T

REG

cells from transdifferentiating

into ex-T

REG

cells, then

Fth

deletion in T

REG

cells should be associated

with an accumulation of ex-T

REG

cells in the spleen and/or lymph nodes.

As expected, the percentage and number of T

REG

cells were reduced in

the spleen from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs. control

Foxp3

GFP-tdT

mice, as

assessed at 19

30 weeks after birth (Fig.

3

E). The percentage and

number of splenic ex-T

REG

cells remained relatively stable (Fig.

3

F), but

the ratio of ex-T

REG

over tdT

+

cells was higher in the spleen from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs. control

Foxp3

GFP-tdT

mice (Fig.

3

G), with over 80% of

T

REG

cells becoming ex-T

REG

cells (Fig.

3

G).

Fth

was deleted in ex-T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice, as determined by qRT-PCR

(Fig. EV3B), con

rming that the ex-T

REG

cells in

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice

do originate from T

REG

cells, in which the

Fth

allele was deleted under

the control of the

Foxp3

promoter.

We then asked whether the transdifferentiation of T

REG

cells into

ex-T

REG

cells was associated with the expression of pro-

in

ammatory cytokine, which is a feature of T

H

cells activation.

In strong support of this hypothesis, a large percentage of T

REG

and

ex-T

REG

cells in the LN and to a lesser extent in the spleen from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice expressed IFN

γ

, as compared to the lack of

IFN

γ

expression in T

REG

and ex-T

REG

cells from control

Foxp3

GFP-tdT

mice (Figs.

3

H and EV3C). Moreover, a signi

cant proportion of

T

REG

and ex-T

REG

cells in the LN (Fig.

3

I) and spleen (Fig. EV3D)

from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice co-expressed the proliferation markers

Ki67 and CD71 (i.e., transferrin receptor), as compared to T

REG

and

ex-T

REG

cells from control

Foxp3

GFP-tdT

mice (Figs.

3

I and EV3D).

This was not associated, however, with changes in the relative levels
of CD71 expression (Fig. EV3E). Taken together these observations
suggest that FTH is essential to restrain T

REG

cells from

transdifferentiating into in

ammatory ex-T

REG

cells.

FTH supports T

REG

lineage maintenance in a

cell-autonomous manner

To disentangle cell-autonomous from systemic effects associated
with

Fth

deletion in T

REG

cells we used mixed bone marrow (BM)

chimeric mice. Brie

y, sub lethally irradiated lymphogenic

Rag2-

de

cient (

Rag2

-/-

) mice were reconstituted with BM cells from

CD45.2

+

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs.

Foxp3

GFP-tdT

mice (50%), plus congenic

BM cells (50%) from CD45.1

+

C57BL/6 mice (Fig.

4

A). The

proportion of CD45.2

+

vs. CD45.1

+

T

REG

cells in LN (Fig.

4

A

C)

was markedly reduced in BM chimeric mice, when reconstituted
with BM cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs.

Foxp3

GFP-tdT

mice. In

contrast, there were no differences in the relative proportion of
CD45.2

+

vs. CD45.1

+

T

REG

cells in the thymus of these BM chimeric

mice (Fig. EV3F,G). This suggests that FTH sustains the number of
circulating T

REG

cells via a cell-autonomous mechanism that does

not affect T

REG

cell development in the thymus.

The proportion of CD45.2

+

vs. CD45.1

+

Foxp3

-

CD3

+

CD4

+

T

H

cells and CD3

+

CD8

+

T

C

cells was indistinguishable in the LN

(Fig.

4

A

C) of mixed BM chimeras reconstituted with CD45.2

+

BM cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs. control

Foxp3

GFP-tdT

mice.

Moreover, the percentage and number of activated CD45.2

+

CD4

+

CD44

high

CD62L

low

T

CONV

cells and CD45.2

+

CD8

+

CD44

high

CD62L

low

T

C

cells in the LN (Fig. EV4A

C) were also similar in these BM

chimeric mice. This con

rms that FTH sustains the number of

Figure 2.

FTH expression in T

REG

cells prevents transdifferentiation into in

ammatory ex-T

REG

cells.

(

A

) Schematic representation of experimental approach (left panel) and representative

ow cytometry dot plots of (CD4

+

CD25

+

GFP

+

) T

REG

cells from the lymph nodes

before and after sorting. (

B

) Volcano plot representation of RNA sequencing data of genes overexpressed (red) or under-expressed (blue) in (CD4

+

CD25

+

GFP

+

) T

REG

cells

sorted from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

and control

Foxp3

GFP

(

N

=

5 per genotype) mice.

P

values determined by Benjamini and Hochberg adjusted probabilities. (

C

) Heatmap

representation of T

REG

transcriptional signature genes differentially expressed in T

REG

cells sorted from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs.

Foxp3

GFP

mice, as illustrated in (

A

,

B

). (

D

,

E

) Pathway

enrichment analysis of genetic programs overexpressed (

D

) or under-expressed (

E

) in T

REG

cells sorted from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs.

Foxp3

GFP

mice, as illustrated in (

A

,

B

). Data

were analyzed using g:SCS multiple testing correction method with a signi

cance threshold of 0.05. (

F

) Heatmap representation of individual genes associated with

oxidative stress-responsive programs, differentially expressed in T

REG

cells sorted from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs.

Foxp3

GFP

mice, as illustrated in (

A

,

B

). Source data are available

online for this

gure.

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1450

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

B

0

20

40

60

80

2 4 7 9 11151924

Time [Weeks]

0

2

4

6

8

10

2 4 7 9 11 15 19 24

Time [Weeks]

0

1

2

3

4

5

2 4 7 9 11 15 19 24

Time [Weeks]

C

****

****

H

D

GFP

+

TdT

+

T

REG

 Cells (%)

GFP

-

TdT

+

ex-T

REG

 Cells (%)

GFP

-

TdT

+

/

TdT

+

Cells (%)

*

E

% (

GFP

+

TdT

+

)

T

REG

 cells

%  GFP

-

TdT

+

ex-T

REG

 cells

Nbr

GFP

+

TdT

+

T

REG

 cells 

(x10

5

)

F

Nbr

GFP

-

TdT

+

ex-T

REG

 cells 

(x10

6

)

G

% GFP

-

TdT

+

/

TdT

cells

0

2

4

6

0

2

4

6

0

5

10

15

20

25

0

0.5

1

1 5

2

2.5

**

**

NS

NS

0

20

40

60

80

100

IFN

J

  

Events (%)

100

0

20

40

60

80

LN

100

0

20

40

60

80

Spleen

10

3

10

4

10

5

10

2

10

3

10

4

10

5

10

2

LN

Spleen

0

10

4

10

5

0

10

4

10

5

10³

10⁴

10⁵

10

6

0

10

7

10³

10⁴

10⁵

10

6

0

10

7

CD71

Ki67

7 28%

14,3%

23,5%

16,1%

T

REG

ex-T

REG

(%)

Ki67

+

CD71

+

ex-

T

REG

0

10

20

30

40

50

LN

***

***

I

T

REG

ex-T

REG

FMO

A

T

REG 

cells

(

GFP

+

tdT

+

)

ex-T

REG

cells

(GFP

-

tdT

+

)

Gfp

hCre

Stop

LoxP

LoxP

tdT

Rosa26 

locus

Foxp3 

Promoter

Fth

 locus

LoxP

LoxP

Fth

 Promoter

E1

BAC

LN, Spleen

IFN

J

+

T

REG 

(

GFP

+

tdT

+

)

Ex-T

REG 

(

GFP

-

tdT

+

)

LN

Ki67
CD71

T

REG 

(

GFP

+

tdT

+

)

Ex-T

REG 

(

GFP

-

tdT

+

)

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

T

REG 

cells

(

GFP

+

tdT

+

)

T

REG 

cells

(

GFP

-

tdT

+

)

Blood

Blood

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

T

REG 

cells

(

GFP

+

tdT

+

)

T

REG 

cells

(

GFP

-

tdT

+

)

Spleen

Spleen

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

****

0

20

40

60

**** ****

**

*

IFN

J

+

(%)

T

REG

ex-

T

REG

T

REG

ex-

T

REG

T

REG

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1451

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

circulating T

REG

cells, via a cell-autonomous mechanism that

acts irrespectively of the systemic in

ammatory response associated

with

Fth

deletion in T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice

(Fig. EV1D

G).

We then asked whether FTH restrains the transdifferentiation of

T

REG

cells towards ex-T

REG

cells via a cell-autonomous mechanism. In

support of this notion, there was a marked reduction in the percentage
and number of CD45.2

+

CD3

+

CD4

+

GFP

+

tdT

+

T

REG

cells (Fig.

4

D,E)

and CD45.2

+

CD3

+

CD4

+

GFP

-

tdT

+

ex-T

REG

cells (Fig.

4

D,F) in the LN

of mixed BM chimeric mice reconstituted with BM cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs.

Foxp3

GFP-tdT

mice. The ratio of CD45.2

+

ex-T

REG

cells over tdT

+

cells was increased in the LN from chimeric mice

reconstituted with BM cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs.

Foxp3

GFP-tdT

mice

(Fig.

4

G). This suggests that FTH maintains peripheral T

REG

cell

lineage stability, via a cell-autonomous mechanism, irrespectively of
the systemic in

ammatory response associated with

Fth

deletion in

T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice (Fig. EV1D

G).

FTH maintains T

REG

cell redox homeostasis via a

cell-autonomous mechanism

We then asked whether FTH regulates gene expression in T

REG

cells,

irrespective of the systemic in

ammatory response associated with

Fth

deletion in T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice (Fig. EV1D

G).

To test this hypothesis, the gene expression pro

le of T

REG

cells

sorted from the LN of mixed BM chimeras (Fig.

4

H) was compared

to that of T

REG

cells sorted from the LN of non-chimeric mice

(Fig.

2

A). Analysis of RNAseq data from BM chimeric mice showed

that

Fth

-deleted T

REG

cells (CD45.2

+

GFP

+

tdT

+

) developing from the

BM of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice, upregulated 149 genes and down-

regulated 96 genes, compared to

Fth

-competent T

REG

cells from

control

Foxp3

GFP-tdT

mice (Fig.

4

I). In the same BM chimeric mice,

Fth

-deleted ex-T

REG

cells (CD45.2

+

GFP

-

tdT

+

) developing from the

BM of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice upregulated 90 genes and down-

regulated 36 genes, compared to

Fth

-competent ex-T

REG

cells from

control

Foxp3

GFP-tdT

mice (Fig.

4

J). The genes regulated in T

REG

and

ex-T

REG

cells originating from the BM of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs.

Foxp3

GFP-tdT

mice in BM chimeric mice, were associated with the

oxidative stress response regulated by NRF2 (Fig.

4

I,J). This

suggests that FTH exerts cell-autonomous control of T

REG

cell redox

homeostasis, irrespective of the systemic in

ammatory response

associated with

Fth

deletion in T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice

(Fig. EV1D

G).

The in

ammatory transcriptional signature of T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs.

Foxp3

GFP

mice (Fig.

2

B

D) was not observed in T

REG

cells from BM chimeric mice, originating from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs.

Foxp3

GFP-tdT

(Fig.

4

I,J). Among the 245 differentially expressed genes in

Fth

-de

cient (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells from BM chimeric mice (Fig.

4

I,J),

134 matched those differentially expressed in

Fth

-de

cient T

REG

cells

from non-chimeric mice (Fig.

4

K,L). Gene ontology analyzes of the

overlapping genes, showed an enrichment for pathways related to
oxidative stress response, comprising several NRF2-regulated genes
(Fig.

4

K

M). In contrast,

Fth

-de

cient (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells from

BM chimeric mice did not show an enrichment for pathways
associated with T

H

cell activation (Fig.

4

K

M). This suggests that FTH

acts in a cell-autonomous manner to support T

REG

cell redox

homeostasis and restrain T

REG

cell transdifferentiation into ex-T

REG

cells (Fig.

4

). In contrast, the in

ammatory pro

le associated with the

transition of

Fth

-deleted T

REG

cells towards in

ammatory ex-T

REG

cells,

observed in

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice (Fig.

2

) and

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice

(Fig.

2

requires, in addition, the development of systemic

in

ammation.

FTH acts in a cell-autonomous manner to support T

REG

cell homeostatic expansion

We took advantage of the homeostatic expansion of T

REG

cells, upon

adoptive transfer into lymphopenic

Rag2

/

mice (Duarte et al,

2009

), to compare the proliferative capacity of CD4

+

GFP

+

tdT

+

T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs. control

Foxp3

GFP-tdT

mice. The

number of CD4

+

GFP

+

tdT

+

T

REG

cells recovered from the LN was

markedly reduced when

Rag2

/

mice received T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs.

Foxp3

GFP-tdT

mice (Fig.

5

A

C). While there were

no differences in the number of CD4

+

GFP

-

tdT

+

ex-T

REG

, the ratio of

T

REG

over tdT

+

cells (GFP

-

tdT

+

/TdT

+

) were higher in

Rag2

/

mice receiving T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs.

Foxp3

GFP-tdT

mice,

albeit without statistical signi

cance (Fig.

5

A

C).

Fth

expression in

CD4

+

GFP

+

tdT

+

T

REG

cells used in the adoptive transfer was

con

rmed by qRT-PCR (Fig. EV4D,E).

We considered the possibility of an increase in the ratio of ex-T

REG

to T

REG

cells associated with

Fth

deletion in T

REG

cells re

ecting, to

some extent, a T

REG

cell survival defect. Therefore, we asked whether

FTH acts in a cell-autonomous manner to support T

REG

viability and

proliferation in vitro. The frequency and number of induced T

REG

(iT

REG

) cells generated from T

N

cells activated in vitro with anti-CD3/

CD28 mAb plus IL-2 and TGF

β

, were indistinguishable regardless of

Figure 3.

FTH enforces T

REG

cell lineage stability.

(

A

) Schematic representation of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice used to monitor the transition of (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

cells into (CD4

+

GFP

-

tdT

+

) ex-T

REG

cells that repressed GFP

expression while retaining the expression of a tdT transgene. (

B

D

) Percentage of circulating: (

B

) T

REG

and (

C

) ex-T

REG

cells in

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

and control

Foxp3

GFP-tdT

mice,

and (

D

) Percentage of ex-T

REG

cells among CD4

+

tdT

+

cells, calculated as the ratio of CD4

+

GFP

-

tdT

+

/CD4

+

tdT

+

cells in the same mice as (

B

,

C

). Data from

N

=

4

6 mice

per genotype was pooled from three independent experiments with a similar trend. (

E

G

) Percentage and number of splenic (

E

) T

REG

cells, (

F

) ex-T

REG

cells and (

G

) relative

percentage of ex-T

REG

cells over total CD4

+

tdT

+

cells. Data from

N

=

4 mice per genotype, pooled from two independent experiments with similar trends. (

H

)

Representative

ow cytometry histograms of IFN

γ

expression by live activated (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

and (CD4

+

GFP

-

tdT

+

) ex-T

REG

cells in lymph nodes and spleen from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

and control

Foxp3

GFP-tdT

mice (left panels) and corresponding quanti

cation of the percentage of IFN

γ

expressing (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

and

(CD4

+

GFP

-

tdT

+

) ex-T

REG

cells (right panels). Expression of IFN

γ

was induced upon Phorbol-12-myristate-13-acetate (PMA) and Ionomycin re-activation in vitro. Data from

N

=

3 wells per genotype, in one experiment, representative of two independent experiments with similar trend. (

I

) Representative

ow cytometry dot plots (left panels)

and corresponding quanti

cation (right panel) of the percentage of (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

and (CD4

+

GFP

-

tdT

+

) ex-T

REG

cells expressing Ki67 and CD71 in the lymph nodes

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

and control

Foxp3

GFP-tdT

mice. Data from

N

=

6 mice per genotype, pooled from two independent experiments, with similar trend. Data information: Data in

(

B

D

) represented as mean ± SD. Circles correspond to mean values. Data in (

E

I

) circles correspond to individual mice and red bars to mean values. (

H

,

I

) represented as

mean ± SD.

P

values in (

B

D

,

H

,

I

) calculated using Two-way ANOVA analysis with Sidak

s multiple comparisons test and in (

E

G

) with unpaired

t

test with Welch

s

correction. NS not signi

cant (

P

> 0.05); *

P

< 0.05; **

P

< 0.01; ***

P

< 0.001; ****

P

< 0.0001. Source data are available online for this

gure.

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1452

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

0

40

80

120

CD8

+

CD4

+

Foxp3

+

NS

CD45.2

CD45.1

0

10³

-10³

0

0

10³

-10³

0

0

35.1%

64,8%

45%

54,2%

44%

54,4%

32,2%

67,7%

35,3%

63,8%

86,9%

12,7%

Chimerism

(%

)

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

A

0

1

2

3

4

5

**

***

**

**

%

 GFP

+

TdT

+

Nbr.

GFP

-

TdT

+

(x10

4

)

Nbr.

 GFP

+

TdT

+

(x10

4

)

ex-T

REG

 cells

GFP

-

TdT

+

/

TdT

10

10³

10

0

10³

10

10

-10³

-10³ 0

10

10³

10

-10³ 0

TdT

GFP

2,77%

13,2%

79,7%

4,34%

2,82%

3,43%

91,1%

2,68%

B

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

0

5

10

15

20

0

5

10

15

20

0

1

2

3

4

T

REG

 cells

 Ratio

D

E

0

10

20

30

40

50

*

G

F

Lymph Nodes

Lymph Nodes

%

 GFP

-

TdT

+

CD45.1
CD45.2

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

CD8

+

CD4

+

Foxp3

+

C

***

Rag2

-/-

Lymph Nodes

CD45.1

+

vs.

CD45.2

+

C57BL/6

50%

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

50%

BM

Fth1

Hmox1

Nqo1

Vmn1r80

Prune2

Fes

Mt1

Gm5441

Ly6c2

Mcoln2

Cxcr2

Atp8b4

Fth1−ps

Epdr1

Mt2

Padi4

Cnga1

Mageh1

Npdc1

Amz1

Susd4

Mrgprb1

Pde4c

Large2

Vmn1r68

0

20

40

60

−10 −5

0

5

10 15 20

Adjusted p-value (-log

10

)

Log

2

 fold change

H

I

T

REG 

cells (

GFP

+

tdT

+

)

J

T

REG 

cells 

(

GFP

+

tdT

+

)

ex-T

REG 

cells 

(

GFP

-

tdT

+

)

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

vs.

Base mean

expression

50

x

10

5

10

x

10

5

15

x

10

5

K

L

M

Rag2

-/-

Lymph nodes

C57BL/6

50%

BM

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

50%

CD45.2

+

RNAseq

Fth1

Hmox1

Nqo1

Nrn1

Ptpn5

Gm21909

Sema7a

Ly6d

Ccr6

Mt1

Gm16086

Hif3a

Gm29243

Gja10

Gm19951

Ift172

Fth1−ps

Sgcb

Cfap54

Mfap3l

Nr3c2

Cd83

Smim10l2a

Arhgap24

Plpp1

0

20

40

60

−10 −5

0

5

10 15 20

Log

2

 fold change

Adjusted p-value (-log

10

)

ex-T

REG 

cells 

(

GFP

-

tdT

+

)

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

vs.

Base mean

expression

50

x

10

5

10

x

10

5

15

x

10

5

Mixed BM chimeric/non-chimeric mice

T

REG 

cells (

GFP

+

)

T

REG 

cells (

GFP

+

)

T

REG 

cells (

GFP

+

)

Chimeric

111

134

Non−chimeric

3711

Upregulated

Downregulated

300
100

20

10

0

10

20

100

150

-log

10

 (p-value)

Mixed BM c

himeras

N

on-chimeric 

Bio.

proc. KEGG Reac.

TF

WP

Cell redox

homeostasis

Cellular response to

chemical stimulus

Cell. response

to IFN-β

Detoxification

Detoxification

of ROS

BACH2

IRF1

IRF2

IRF

Ferroptosis

Oxid. stress

and redox

pathway

Oxid. stress

response

Response to

oxid. stress

Response

to ROS

Transcrip. activ. by

NRF2 in response

to phytochem.

2

1

4

6

7

5

3

−log

10

 (p value)

Hmox1

Nqo1

Sqstm1

Sod1

Slc48a1

Txnrd1

Txn1

Prdx1 Mt1

Mafg

Fth1

Ftl1

Gclm

Gsr

CD45.2

+

CD45.1

+

Sorting

NS

NS

NS

***

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1453

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

whether T

N

cells were sorted from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

or

Foxp3

GFP

mice

(Fig. EV4F

I). There were also no changes in the iT

REG

cell

proliferation (Fig. EV4J), suggesting that FTH controls T

REG

cells

in vivo via a mechanism that acts beyond its cytoprotective effects
(Berberat et al,

2003

Pham et al,

2004

).

FTH regulates T

REG

cell mitochondrial function

and bioenergetics

T

REG

cells rely on a core metabolic program whereby mitochondrial

oxidative phosphorylation is the major source of ATP (Angelin
et al,

2017

Weinberg et al,

2019

). The observation that FTH

regulates mitochondrial integrity in parenchyma cells (Blankenhaus
et al,

2019

suggested that FTH also regulates the mitochondrial

integrity of T

REG

cells. However, the number of mitochondria per

CD4

+

GFP

+

T

REG

cells in the LN of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

was similar to that

of T

REG

cells from

Foxp3

GFP

mice, corresponding to ~55 mitochon-

dria per T

REG

cell (Fig.

5

D). This suggests that FTH is not essential

to maintain the mitochondrial integrity of T

REG

cells.

The mitochondrial membrane potential of

Fth

-de

cient T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice was markedly reduced, compared to

control T

REG

cells from

Foxp3

GFP

mice (Fig.

5

E). This suggests that

FTH regulates the mitochondrial function of T

REG

cells.

We then tested whether FTH regulates the mitochondrial

energetic capacity of T

REG

cells, by quantifying the relative increase

in basal O

2

consumption rate (OCR), upon uncoupling of the

mitochondrial respiratory chain by carbonyl cyanide 4-(tri

uor-

omethoxy)phenylhydrazone

(FCCP).

Spare

mitochondrial

respiratory capacity was higher in (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs.

Foxp3

GFP

mice (Fig.

5

F,G). Basal OCR and

mitochondrial ATP production were similar in T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs.

Foxp3

GFP

mice, as assessed by the relative decrease

of OCR upon ATP synthase inhibition by Oligomycin (Fig.

5

F,G).

Non-mitochondrial OCR was also similar in T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs.

Foxp3

GFP

mice, as assessed by the inhibition of the

electron transport chain complex-I and -III by Rotenone and
Antimycin A, respectively (Fig.

5

F,G).

The spare respiratory capacity of T

REG

cells from control

Foxp3

GFP

mice was lower, compared to T

CONV

cells (Fig. EV5A,B).

In contrast, the spare respiratory capacity of T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice was similar to that of T

CONV

cells (Fig. EV5C,D),

while the extracellular acidi

cation rate (ECAR), re

ecting the rate

of glycolysis, was higher in T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs.

Foxp3

GFP

mice (Fig.

5

H). This suggests that FTH plays an essential

role in supporting the metabolic and bioenergetic pro

le of T

REG

cells, favoring mitochondrial oxidative OXPHOS over glycolysis
(Angelin et al,

2017

).

To gain further insight regarding how FTH regulates T

REG

cell

bioenergetics, we performed targeted metabolomics analysis. The
intracellular concentration of different TCA cycle metabolites in
splenic

Fth

-de

cient T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice was similar

to that of control T

REG

cells from

Foxp3

GFP

mice (Fig. EV5E).

However, the ratio of

α

-ketoglutarate and isocitrate intracellular

concentrations was lower in splenic

Fth

-de

cient T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice vs. control T

REG

cells from

Foxp3

GFP

mice

(Fig.

5

I). In contrast, the ratio of intracellular

α

-ketoglutarate and

glutamate concentration was similar (Fig.

5

I). This suggests that

FTH modulates the rate of isocitrate to

α

-ketoglutarate conversion

(Fendt et al,

2013

), catalyzed by isocitrate dehydrogenase (IDH) in

the mitochondrial TCA cycle. This occurs, most likely, without
interfering with glutaminolysis, whereby

α

-ketoglutarate is gener-

ated via the conversion of glutamine into glutamate, catalyzed by
glutamate dehydrogenases and glutaminase, respectively.

In contrast to other intermediate TCA cycle metabolites, the

intracellular concentration of lactate was lower in splenic

Fth

-

de

cient T

REG

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice vs. control T

REG

cells

from

Foxp3

GFP

mice (Fig. EV5E). This is consistent with FTH

modulating the metabolic and bioenergetics pro

le of T

REG

cells,

presumably favoring lactate production via glycolysis, similar to
observed in hepatocytes (Weis et al,

2017

).

FTH regulates cytosine methylation in T

REG

cells

Maintenance of T

REG

cell lineage relies on sustained demethylation

of cytosines at CpG-rich sequences in the

FOXP3

CNS1 and 2

(Ohkura et al,

2012

; Zheng et al,

2010

). Cytosine demethylation is

catalyzed by the TET family of methylcytosine dioxygenases (Yue
et al,

2019

; Yue et al,

2016

), via redox-based reactions that use Fe

and

α

-ketoglutarate as an essential cofactor and obligate substrate,

respectively (Kohli and Zhang,

2013

; Pastor et al,

2013

). Having

Figure 4.

FTH enforces T

REG

cell lineage stability via a cell-autonomous mechanism.

(

A

) Schematic representation of bone marrow (BM) chimeric mice used for

ow cytometry analyzed 6 weeks after reconstitution. For reconstitution BM cells from C57BL/

6 CD45.1

+

mice were mixed with BM cells from congenic C57BL/6 CD45.2

+

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

or control

Foxp3

GFP-tdT

mice at a 1:1 ratio and injected (i.v.; tail vein, 200

µ

L) into

congenic C57BL/6-recipient

Rag2-

de

cient (

Rag2

/

) female mice, 2 h after irradiation (600 Gys). (

B

) Representative

ow cytometry dot plots and (

C

) Percentage of

CD45.1

+

vs. CD45.2

+

CD4

+

T cells, CD8

+

T cells and CD4

+

Foxp3

+

T

REG

cells in the lymph nodes of mixed BM chimeric mice, from (

A

). Data from

N

=

10 mice per genotype.

(

D

G

) Representative

ow cytometry dot plots (

D

) and corresponding quanti

cation (

E

,

F

) of the percentage and number of (CD45.2

+

CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

cells (

E

),

(CD45.2

+

CD4

+

GFP

tdT

+

) ex-T

REG

cells (

F

) and relative proportion of ex-T

REG

cells over total CD45.2

+

CD4

+

tdT

+

cells in lymph nodes (LN) (

G

) of mixed BM chimeric mice

(as in

A

). Data from

N

=

9

10 mice per genotype. (

H

) Schematic representation of (CD45.2

+

CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

cells and (CD45.2

+

CD4

+

GFP

-

tdT

+

) ex-T

REG

cells FACS-

sorting from the lymph nodes of mixed BM chimeric mice, used for RNA sequencing analysis. (

I

,

J

) Volcano plot representations of RNA sequencing data of genes

overexpressed (red) or under-expressed (blue) in T

REG

cells (

I

) and ex-T

REG

cells (

J

) from lymph nodes of BM chimeric mice (as in

H

). Data from

N

=

3

4 mice per genotype.

P

values determined by Benjamini and Hochberg adjusted probabilities. (

K

) Euler plot of differentially regulated genes in (CD45.2

+

CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells sorted from the

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

or control

Foxp3

GFP

T

REG

cells (non-chimeric; blue; from analysis described in Fig.

2

A,B) or from the mixed BM chimeric mice (chimeric; red; from analysis

illustrated in

H

J

). (

L

) Dumbbell plot, showing the adjusted

P

value of the 134 overlapping differentially regulated genes (from analysis described in

K

). Gray bars

connecting dots represent the difference in

P

values for the differentially regulated genes (from analysis described in

K

). (

M

) Functional enrichment analysis of the

overlapping genes (

N

=

134) (from analysis described in

K

), considering

ve different functional categories: biological processes (Bio. Proc.); KEGG (

Kyoto Encyclopedia of

Genes and Genomes

) database; reactome (Reac.); transcription factors (TF); and WikiPathways (WP). Data were analyzed using g:SCS multiple testing correction method

with a signi

cance threshold of 0.05. Data information: Data in (

C

) are represented as mean ± SD. Data in (

E

G

) are represented as mean, circles correspond to individual

mice and red bars are mean values.

P

value in (

C

) was determined by two-way ANOVA with Sidak

s multiple comparisons test and in (

E

G

) by unpaired

t

test with Welch

s

correction. *

P

< 0.05; **

P

< 0.01; ***

P

< 0.001. Source data are available online for this

gure.

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1454

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

GFP

tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

0

2

4

6

8

10

Nb

r.

C

e

ll

)

0

1

x(

s

4

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

NS

*

Lymph
Nodes

T

REG

ex-T

REG

A

C

0

20

40

60

80

NS

GFP

-

TdT

+

/

TdT

T

REG 

cells 

(

GFP

+

tdT

+

)

ex-T

REG 

cells 

(

GFP

-

tdT

+

)

Rag2

-/-

Lymph nodes & spleen 

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

T

REG 

cells

(

GFP

+

tdT

+

)

Sorting

B

Transfer

Flow

Cytometry

D

TMRE

TM

R

E

M

F

I

(F

old

Change

)

0

0.4

0.8

1.2

G

F

0

100

200

300

400

Basal 

Resp.

ATP

Prod.

Spare 

Resp.

Capacity

**

0 20 40 60 80 100

FCCP

Oligo.

A/A

Rot.

Time (minutes)

***

0 20 40 60 80100

0

100

200

300

ECAR

(mmpH

/m

in

/1

0

6

cells

)

Time (minutes)

OCR

(pmol/min/10

6

cells)

**

0

20

40

60

80

Mi

to

c

hndri

a

(Number

p

er

c

e

ll

)

E

NS

0

200

400

600

800

-150

10

3

0

10

4

10

5

***

Lymph nodes

T

REG 

cells

(

GFP

+

)

Spleen

TMRE

Sorting

OCR

(pmol/min/10

6

cells)

FCCP

Oligo.

A/A

Rot.

NS

NS

Spleen

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

H

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Sorting

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Genomic PCR

Events (%)

Seahorse

0

1

2

3

4

*

D

-ketaglutarate

/Isocitrate

0

0.01

0.02

0.03

NS

D

-ketaglutarate

/Glutamate

Targeted

Metabolomics

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

I

Spleen

Sorting

10

3

10

4

10

5

10

6

10

2

10

3

10

4

10

2

10

3

10

4

10

2

67%

33%

42%

58%

T

REG 

cells

(

GFP

+

)

T

REG 

cells

(

GFP

+

)

T

REG 

cells

(

GFP

+

)

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1455

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

established that FTH regulates intracellular catalytic Fe

2

+

, cellular

redox homeostasis and possibly the rate of

α

-ketoglutarate to

isocitrate conversion, we asked whether FTH modulates cytosine
demethylation in T

REG

cells. To test this hypothesis, we performed a

genome-wide

methyl-sequencing

(EM-seq)

pro

ling

of

CD45.2

+

CD4

+

tdT

+

cells, which include (GFP

+

) T

REG

and (GFP

-

)

ex-T

REG

cells sorted from the LN of mixed BM chimeras,

reconstituted with CD45.1

+

(50%) BM cells plus CD45.2

+

(50%)

BM cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

or control

Foxp3

GFP-tdT

mice

(Fig.

6

A). The Methylome of CD45.2

+

CD4

+

tdT

+

cells, originating

from the BM of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

and control

Foxp3

GFP-tdT

mice

clustered independently, as assessed by principal component
analysis (Fig.

6

B), revealing that FTH regulates the Methylome of

T

REG

and ex-T

REG

cells.

Fth

-de

cient CD45.2

+

CD4

+

tdT

+

cells, originating from the BM

of

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice, presented a discrete number of hyper-

methylated and hypomethylated CpG-rich sequences, compared to
CD45.2

+

CD4

+

tdT

+

cells originating from the BM of control

Foxp3

GFP-tdT

mice (Fig.

6

C). These hyper and hypomethylated

regions were located primarily in the promoter and intergenic
regions and only to a lesser extent in introns and exons (Fig.

6

D),

from different chromosomes (Fig.

6

E). This suggests that FTH

regulates cytosine methylation in a mixed population of T

REG

and

ex-T

REG

cells, via a cell-autonomous mechanism.

FTH regulates

FOXP3

CNS1 and CNS2 methylation

Having established that FTH modulates the methylome of T

REG

and

ex-T

REG

cells, we asked whether this was associated with changes in

the methylation of CpG-rich sequences at the

FOXP3

CNS1 and

CNS2 (Fig.

6

F), controlling T

REG

cell lineage stability (Yue et al,

2019

; Yue et al,

2016

). Analyzes of the EM-seq data from mixed

BM chimeric mice showed sustained hypermethylation of CpG-
rich sequences in the

FOXP3

CNS1 and CNS2 from splenic T

REG

and ex-T

REG

cells originating from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs. control

Foxp3

GFP-tdT

mice (Fig.

6

G). This suggests that FTH acts in a cell-

autonomous manner to sustain cytosine demethylation at

FOXP3

CNS1 and CNS2 and presumably therefore regulate T

REG

cell

lineage maintenance.

The ferroxidase activity of FTH controls TET
dioxygenase activity

We then questioned whether FTH modulates TET activity and tested
this hypothesis in human HEK293 cells, transiently co-transfected
with human TET3 plus FTH or an FTH mutant (FTH

mut

) lacking

ferroxidase activity (Broxmeyer et al,

1991

). TET3 enzymatic activity

was reduced in cells co-transfected with the FTH

mut

, compared to

control cells co-transfected with an empty vector (Fig.

6

H). In contrast,

FTH overexpression did not alter TET3 enzymatic activity, compared
to controls. This suggests that FTH

mut

, possibly acts as a dominant

negative mutant failing to regulate catalytic Fe and likely therefore
impairing TET activity. Expression of FTH or FTH

mut

did not alter the

level of TET3 protein expression, as assessed by western blot (Fig.

6

I).

Taken together, these observations establish, as a proof of principle,
that FTH ferroxidase activity regulates TET methylcytosine dioxy-
genase activity.

FTH is required to sustain Foxp3 transcription
and expression

Having established a functional link between FTH ferroxidase
activity and TET methylcytosine dioxygenase activity, we ques-
tioned whether FTH regulates FOXP3 transcription and expression.
Suppression of FTH expression in human T

REG

cells transduced

with shRNAs targeting FTH, was associated with a reduction of
FOXP3 protein expression, compared to control T

REG

cells

transduced with non-targeting shRNA (Fig.

7

A,B). This suggests

that FTH acts in a cell-intrinsic manner to regulate the expression
of FOXP3 in human T

REG

cells.

Having established that regulation of Fe metabolism by FTH

regulates

Foxp3

transcription in the thymus as well as in circulating

T

REG

cells (Fig.

1

K) we compared the relative level of

Foxp3-

GFP

expression in Nrp1

+

tT

REG

and Nrp1

-

pT

REG

cells. GFP expression

Figure 5.

FTH is a T

REG

cell-autonomous cytoprotectant.

(

A

) Schematic representation of

ow cytometry analyses of (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

cells, isolated from the lymph nodes of lymphopenic

Rag2

/

mice, 6 weeks after

adoptive transfer of T

REG

cells sorted from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs. control

Foxp3

GFP-tdT

mice. (

B

) Representative

ow cytometry dot plots of (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

cells and

(CD4

+

GFP

-

tdT

+

) ex-T

REG

cells, analyzed, as illustrated in (

A

). (

C

) Number (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

cells and (CD4

+

GFP

-

tdT

+

) ex-T

REG

(left panel), as well as the relative

proportion of ex-T

REG

cells over total CD4

+

tdT

+

cells (right panel), 6 weeks after adoptive transfer into

Rag2

-/-

mice, as illustrated in (

A

). Data from

N

=

4 per genotype, in

one out of two independent experiments with similar trend. (

D

) Schematic representation of the experimental approach (left panel) and number (Nbr.) of mitochondria in

(CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells sorted from lymph nodes of the

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

or control

Foxp3

GFP

mice (right panel), quanti

ed by genomic quantitative PCR. Data from

N

=

3 mice

per genotype in one experiment. (

E

) Schematic representation of the experimental approach used to quantify mitochondrial membrane potential in splenic mouse

(CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells (left panel). Representative

ow cytometry histograms of tetramethylrhodamine ethyl ester (TMRE) staining (middle panels). Mean

uorescence

intensity (MFI) of TMRE (right panel). Data from

N

=

4

5 mice per genotype, pooled from two independent experiments, with similar trend. (

F

) Schematic representation

of experimental approach (left panel) used to quantify oxygen consumption rate (OCR) in live splenic (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells (right panel). Data pooled from

N

=

3 mice

per genotype, represented as mean ± SD (

N

=

3

5 technical replicates) in one out of three independent experiments, with similar trend. Oligomycin (Oligo.),

carbonilcyanide p-tri

ouromethoxyphenylhydrazone (FCCP), Antimycin A/Rotenone (A/A

+

Rot.). (

G

) Quanti

cation of basal respiration, ATP production and spare

respiratory capacity, from data represented in (

F

). (

H

) Extracellular acidi

cation rate (ECAR) in live splenic (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells represented as mean ± SD (

N

=

3

5

technical replicates) in one out of three independent experiments, with similar trend. (

I

) Schematic representation of the experimental approach (left panel), used to

quantify the ratio of

α

-ketoglutarate to isocitrate and

α

-ketoglutarate to glutamate (right panels) in live splenic (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells. Data from

N

=

4 mice per genotype

in one out of two independent experiments with similar trend. Data information: Data in (

C

E

) circles correspond to individual value and red bars to mean values. Data are

presented as mean ± SD. Data in (

F

,

H

) are presented as mean ± SD, circles correspond to technical replicates. Data in (

G

) are presented as mean ± SD of technical

replicates. Data in (

I

) are presented as mean ± SD, circles correspond to individual values.

P

values in (

C

(left panel),

G

) were calculated using two-way ANOVA with

Sidak

s multiple comparison test,

P

values in (

F

,

H

) were calculated using two-way ANOVA with Bonferroni

s multiple comparisons test.

P

values in (

C

, right panel),

D

,

E

,

I

)

were calculated using unpaired

t

test with Welch

s correction. NS not signi

cant (

P

> 0.05), *

P

< 0.05; **

P

< 0.01; ***

P

< 0.001. Source data are available online for this

gure.

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1456

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

Promoter

Exon

Intron
Intergenic

A

0

0.4

0.2

1

0.6

0.8

Methylation rate

Genome wide

EM-Seq

D

C

(CD4

+

tdT

+

)

Hypermethylated

Hypomethylated

0

20

40

60

80

100

1

3

18

17

16

15

12

10

9

8

7

6

5

4

2

Y

X

19

14

13

11

Percentage/chromosome

Chromosome

CD45.2

+

C57BL/6

50%

Foxp3

GFP-Fth

''

Foxp3

GFP-tdT

50%

Sorting

CD45.2

+

CD45.1

+

P<0.05

Rag2

-/-

Lymph nodes

-400 -200 0 200

-400

-200

200

0

PC1 (22.7%)

PC2 (15.1%)

B

G

1

2

3

4

5

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Methylation

R

ate

CNS2

CpG sites (CNS1)

1

2

3

4

5
CpG sites (CNS2)

6

7

8

9

10

11

12

*

*

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

10 kb

CNS1

H

T

E

T

A

ctivit

y

Normalized to Control

TET3

VEC FTH FTH

mut

NS

**

TET3-Flag

250

Kda

100

LaminA/C

TET3

VEC FTH FTH

mut

Nuclear

Cytosolic

BL

0

0.5

1

1.5

2

25

35

FTH-Flag

GAPDH

E

Bone

Marrow

F

*

***

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0

4

8

10

**

***

*

VEC FTH FTH

mut

BL

VEC FTH FTH

mut

BL

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

TET3

VEC FTH FTH

BL

6

2

TET3-Flag

/LaminA/C

FTH-Flag

/GAPDH

Kda

mut

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1457

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

was reduced in both tT

REG

and pT

REG

cells, as assessed in the MLN

from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Foxp3

GFP

mice (Fig.

7

C). Considering

that GFP is expressed under the control of a bacterial arti

cial

chromosome (BAC) transgene carrying the intact

Foxp3

promoter

(Chen et al,

2003

Zhou et al,

2008

), these observations suggest that

FTH is essential to sustain

Foxp3

transcription in tT

REG

and

pT

REG

cells.

The relative level of Foxp3 protein expression was also reduced

when

Fth

was deleted, as assessed in the spleen and MLN from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Foxp3

GFP

mice (Fig.

7

D). This was also

observed in BM chimeric mice, that is, the relative levels of Foxp3
protein expression were lower in

Fth

-de

cient GFP

+

tdT

+

cells (T

REG

cells) originating from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs. control

Foxp3

GFP-tdT

mice

(Fig.

7

E). Moreover, GFP expression was lower in

Fth

-de

cient

tdT

+

cells (ex-T

REG

+

T

REG

cells) originating from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs.

control

Foxp3

GFP-tdT

mice (Fig.

7

F). This suggests that FTH acts in a

cell-intrinsic manner to regulate Foxp3 transcription and expres-
sion in mouse T

REG

cells.

To establish whether FTH regulates endogenous

Foxp3

tran-

scription, we asked whether

Fth

deletion was associated with a

concomitant reduction of

Foxp3

and

Gfp

mRNA expression.

The relative level of

Foxp3

(Fig.

7

G) and

Gfp

(Fig.

7

H)

mRNA expression were lower in

Fth

-de

cient CD4

+

tdT

+

cells,

including T

REG

(GFP

+

tdT

+

) and ex-T

REG

(GFP

-

tdT

+

) cells, from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs. control

Foxp3

GFP-tdT

mice.

Fth

deletion in

CD4

+

tdT

+

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs.

Foxp3

GFP-tdT

mice was

con

rmed by qRT-PCR (Fig.

7

H). While

tdT

mRNA expression

was not altered (Fig.

7

H). These observations suggest that FTH is

essential to sustain

FOXP3

transcription.

FTH expression in T

REG

cells limits the pathologic

outcome of autoimmune neuroin

ammation

Given the central role of T

REG

cells in preventing the onset of

autoimmune diseases (Kohm et al,

2002

Lafaille et al,

1994

), we tested

whether FTH expression in T

REG

cells impacts on the pathogenesis of

experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) (Fig.

8

A).

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice had an increase in EAE incidence (Fig.

8

B) and

severity (Fig.

8

C), in response to immunization with myelin

oligodendrocyte

glycoprotein

(MOG)-derived

peptide

35-55

(MOG

35-55

) emulsi

ed in complete Freund

s adjuvant compared to

control immunized

Fth

/

mice. Of note, the immunization protocol

used was

sub-optimal

, as suggested by the relatively low disease

scores in control immunized

Fth

/

mice, likely favoring the increase in

EAE severity observed in

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice.

The frequency of T

H

cells expressing IFN

γ

, IL-17A and

IL17

+

IFN

γ

+

T

H

cells was higher in the spinal cord of MOG

35-55

-

immunized

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Fth

/

mice (Fig.

8

D). This

suggests that FTH expression in T

REG

cells limits the activation,

proliferation and/or in

ltration of self-reactive T

H

type 1 (T

H

1) and

T

H

type 17 (T

H

17) cells as well as pathogenic IL17

+

IFN

γ

+

T

H

cells

(Duhen et al,

2013

) into the central nervous system, in response to

MOG

35-55

immunization.

FTH expression in T

REG

cells limits malaria severity

T

REG

cells constraint the extent of immunopathology associated with

infectious diseases (Arpaia et al,

2015

), supporting the hypothesis

that regulation of T

REG

cell lineage stability by FTH impacts on the

severity of infectious diseases (Soares et al,

2017

). We tested this

hypothesis for severe malaria, an often-lethal outcome of

Plasmodium spp

. infection.

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice succumbed to

Plasmodium chabaudi chabaudi

(

Pcc

) AS infection, as compared

to

Foxp3

GFP

mice that survived and cleared the parasite (Fig.

8

E).

However, the number of circulating infected red blood cells (i.e.,
parasite burden) was lower at the peak of infection, in

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Foxp3

GFP

mice (Fig.

8

E). The lethal outcome of

Pcc

infection in

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice was associated with a reduction in

the frequency (but not the number) of splenic T

REG

cells (Fig.

8

F), as

well as with an increase in the number (but not the frequency) of
IFN

γ

-expressing T

H

cells in the spleen (Fig.

8

G). This suggests that

FTH expression in T

REG

cells is essential to restrain immune-driven

pathology underlying the development of severe presentation of
malaria, emphasizing the critical involvement of T

REG

cells in the

control of the pathogenesis of severe malaria (Walther et al,

2005

).

Moreover, these

ndings illustrate how dysregulation of Fe

metabolism promotes the pathogenesis of severe malaria (Ferreira
et al,

2008

; Gozzelino et al,

2012

Ramos et al,

2019

; Seixas et al,

2009

; Wu et al,

2023

).

FTH expression in T

REG

cells favors tumor progression

T

REG

cells are pathogenic, for example, when restraining anti-tumor

immunity (Curiel et al,

2004

; Liu et al,

2016

), suggesting that FTH

Figure 6.

FTH regulates mitochondrial function and cytosine methylation in T

REG

cells.

(

A

) Schematic representation of mixed bone marrow (BM) chimeric mice from which lymph node CD45.2

+

CD4

+

tdT

+

cells (i.e., GFP

+

T

REG

cells and GFP

ex-T

REG

cells) were

sorted for genome-wide EM-seq analyses. (

B

) Principal component analysis (PCA) of the methylome of lymph node T

REG

and ex-T

REG

cells in BM chimeric mice generated,

as illustrated in (

A

). Data from

N

=

4 mice per genotype is represented as individual circles in one experiment. (

C

) Unsupervised heatmap representation of genome-wide

EM-seq analyzes (i.e., 5-hmC) in CD45.2

+

CD4

+

tdT

+

cells sorted from the mixed BM chimeric mice illustrated in (

A

). Statistical analysis for multiple testing correction was

performed with Sliding Linear Model (SLIM). (

D

) The relative percentage of total methylated regions (i.e., hyper- and hypomethylated regions) (

q

< 0.01 and methylation

difference >

=

10%) according to different genome regions (promoter, exon, intron and intergenic). (

E

) The number of hyper- and hypomethylation events (10% change in

methylation and a

q

value of 1%) per chromosome, shown as a percent of the differential sites. (

F

) Schematic representation of the

Foxp3

in enhancer regions CNS1 and

CNS2. (

G

) Relative quanti

cation of the methylation rate of CpG sequences in the

Foxp3

CNS1 (left panel) and CNS2 (right panel) from CD45.2

+

CD4

+

tdT

+

cells sorted

from the lymph nodes of BM chimeric mice, illustrated in (

A

). Data from

N

=

4 mice per genotype in one experiment. (

H

) TET activity in nuclear extracts from

HEK293T cells transiently transfected with human TET3-

ag, FTH-

ag, or FTH

mut

-

ag cDNAs. Data shows technical replicates, pooled from four independent experiments.

(

I

) FTH-

ag, FTH

mut

-

ag, TET3-

ag, Lamin A/C and GAPDH protein expression, detected by western blot in nuclear and cytosol extracts from HEK293T cells transfected

as described in (

H

). Relative quanti

cation of TET3-

ag, normalized to Lamin A/C (bottom left panel), and FTH-

ag, normalized to GAPDH (bottom right panel). Data

from one experiment, representative of three independent experiments with similar trend. Data information: Data in (

G

) are presented as mean ± SD, circles correspond to

individual mice and red bars to mean values. Data in (

H

,

I

) are presented as mean ± SD, circles correspond to technical replicates.

P

values in (

G

) were calculated using

Two-way ANOVA with Sidak

s multiple comparison test, and in (

H

,

I

) using one-way ANOVA using with Sidak

s multiple comparison test. NS not signi

cant (

P

> 0.05),

*

P

< 0.05; **

P

< 0.01, ***

P

< 0.001. Source data are available online for this

gure.

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1458

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

D

A

0

0.1

0.2

0.3

0.4

Spleen LN

**

NS

Foxp3/Arbp0

 (mRNA)

0

0.01

0.02

0.03

0.04

Spleen LN

***

*

Gfp/Arbp0

 (mRNA)

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Fth/Arbp0

 (mRNA)

Spleen LN

*** ***

C

Foxp3

B

0

2

4

6

8

FOXP3 (MFIx10

3

FTH

E

-actin

Spleen

MLN

*

Foxp3 (MFI (x10

3

)

Spleen MLN

**

Ctrl

shRNA

***

Ctrl

FTH

429

FTH

432

shRNA

FTH

429

FTH

432

*

0

1

2

3

4

Events

(%)

10

3

0

10

4

10

5

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth∆/∆-tdT

Unstained

Foxp3

Foxp3 MFI (x10

4

)

LN

Spleen

0

1

2

3

4

**

*

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

F

Spleen LN

0

0.2

0.4

0.6

tdT/Arbp0

 (mRNA)

Spleen

LN

NS NS

CD 4

+

Foxp3

+

(

GFP

+

tdT

+

)

Rag2

-/-

C57BL/6

50%

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

50%

CD45.2

+

Events

(%)

T

REG 

& ex-T

REG 

cells

(

tdT

+

)

Spleen & LN

Sorting

BM

0

2

4

6

*

****

GFP MFI (x10

3

)

Spleen LN

LN

Spleen

Events

(%)

Unstained

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

10

3

10

10

5

10

2

4

10

3

10

10

2

4

G

T

REG 

cells

(

tdT

+

)

Rag2

-/-

C57BL/6

50%

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

50%

CD45.2

+

BM

ex-T

REG 

+

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth∆/∆-tdT

H

T

REG 

& ex-T

REG 

cells

(

tdT

+

)

Sorting

Foxp3

GFP-Fth∆/∆

Foxp3

GFP

Spleen & LN

T

REG 

cells

Spleen & LN

Foxp3

-GFP

Spleen & LN

Spleen &

MLN

MLN

Nrp1

(

tT

REG

)

Nrp1

(

pT

REG

)

CD4

+

GFP

cells

E

Foxp3

qRT-PCR

Gfp; Fth, TdT

qRT-PCR

Events (%)

Foxp3

GFP-Fth∆/∆

Foxp3

GFP

Foxp3

-GFP

Nrp1

+

Nrp1

-

Foxp3

-GFP

MFI

(10

3

)

0

2

4

6

***

***

10

3

10

4

10

2

Nrp1

+

Nrp1

-

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1459

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

expression in T

REG

cells favors tumor progression. In support of this

hypothesis, the relative growth of syngeneic B16 melanoma cells was
reduced in

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Fth

/

mice (Fig.

8

H). This was

associated with lower frequency of tumor-in

ltrating T

REG

cells (Fig.

8

I)

and higher frequency of activated Foxp3

-

CD4

+

CD25

+

effector T

H

cells

(Fig.

8

J). The frequency and number of activated CD4

+

IFN

γ

+

T

H

cells

isolated from B16 melanomas was similar in

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Foxp3

GFP

mice (Fig. EV5F). In contrast, the number of activated

CD8

+

IFN

γ

+

T

C

cells was higher in B16 melanomas from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control

Foxp3

GFP

mice (Fig. EV5F). This tendency was also observed

for CD8

+

granzymeB

+

T

C

cells,

albeit

not statistically signi

cant

(Fig. EV5G). This suggests that regulation of Fe metabolism by FTH
in T

REG

cells supports tumor progression, via a mechanism that hinders

anti-tumor immunity.

Discussion

T

REG

cells respond to variations in the relative levels of nutrients,

vitamins and metabolites in their environment (Chapman et al,

2020

; Shi and Chi,

2019

), via dedicated transporter-receptor

coupled sensors that modulate T

REG

cell function and lineage

stability (Kempkes et al,

2019

Shi and Chi,

2019

). In keeping with

Fe-regulatory genes being a core property of T

REG

cells (Cuadrado

et al,

2018

), we found that the Fe-regulatory protein FTH is

essential to support T

REG

cell lineage maintenance in vivo (Figs.

1

4

)

and support immune homeostasis (Figs.

2

, EV1D

G, and EV2C).

FTH regulates T

REG

cell lineage stability (Figs.

3

and

4

A

G)

without interfering with the antiproliferative function of T

REG

cells

(Fig. EV2A). Instead, FTH targets the intracellular pool of redox-
active Fe

2

+

(Fig. EV1B) to regulate T

REG

cell redox homeostasis

(Figs.

2

F and

4

K

M) in a manner that controls T

REG

cell: (i) energy

metabolism (Figs.

5

F

I and EV5A

E), (ii) TET activity (Fig.

6

H),

(iii) cytosine demethylation at CpG-rich sequences at CNS1 and
CNS2 in the

FOXP3

locus (Fig.

6

G), and (iv) FOXP3 transcription/

expression (Figs.

1

K,L and

7

F

H). As the latter is essential to

maintain the transcriptional program supporting T

REG

cell lineage

stability (Williams and Rudensky,

2007

) (Nakatsukasa et al,

2019

;

Ohkura et al,

2012

; Yue et al,

2019

)

Fth

deletion is associated with a

decrease of T

REG

cells, including tT

REG

cells and pT

REG

cells, without

interfering with thymic T

REG

cell output (Fig.

1

H,L). These

observations are consistent with FTH acting upstream of TET
methylcytosine dioxygenases, to control redox-based cytosine
demethylation in T

REG

cells (Fig.

6

(Huang and Rao,

2014

Pastor

et al,

2013

).

That FTH targets the intracellular pool of redox-active Fe

2

+

to

control TET enzymatic activity is suggested by the observation that
overexpression of a ferroxidase de

cient FTH

m

compromised TET

methylcytosine dioxygenase activity (Fig.

6

H, I). Several non-

mutually exclusive mechanisms might explain this observation.
First, FTH could act

directly

via sequestration of catalytic Fe

2

+

(Fig. EV1B), controlling the availability of this essential cofactor of
TET enzymatic activity (Kohli and Zhang,

2013

Pastor et al,

2013

).

Second, FTH could act

indirectly

via the regulation of cellular

redox homeostasis (Figs.

2

D,F and

4

K

M), preventing catalytic

Fe

2

+

from catalyzing oxidative stress, which compromises TET

activity (Niu et al,

2015

). Moreover, this should restrain NRF2

activation (Figs.

2

D,F and

4

K

M) from repressing

Foxp3

expression

and impair T

REG

cell function (Klemm et al,

2020

).

Consistent with our

ndings, intracellular Fe mobilization via

lysosome-mediated ferritinophagy, was recently shown to regulate
TET-driven (de)methylation of the peroxisome proliferator-
activated receptor

γ

(PPAR

γ

) locus, the master regulators of

adipocyte development (Suzuki et al,

2023

). This suggest that FTH

controls Fe-responsive epigenetic programs de

ning different

cellular developmental programs.

FTH regulates T

REG

cell mitochondrial TCA cycle and OXPHOS

(Figs.

5

F

I and EV5A

E), consistent with similar

ndings in other cell

types (Blankenhaus et al,

2019

Oexle et al,

1999

). While FTH does not

modulate the intracellular concentration of intermediate TCA cycle
metabolites (Fig. EV5E), including

α

-ketoglutarate (Fig.

5

I), it

does appear to modulate the rate of isocitrate conversion into

α

-ketoglutarate, likely acting irrespectively of

α

-ketoglutarate genera-

tion via glutaminolysis. It is possible therefore that FTH regulates
the production of this obligatory substrate of TET cytosine
dioxygenases (Kohli and Zhang,

2013

; Pastor et al,

2013

via regulation

Figure 7.

FTH is required to sustain Foxp3 transcription and expression.

(

A

) FTH protein detected by western blot in whole-cell extracts from HEK293T cells infected with recombinant lentiviruses coding shRNAs targeting

FTH

(

FTH

429

and

FTH

432

) or control (Ctrl.) recombinant lentiviruses non-targeting shRNA. (

B

) Mean

uorescence intensity (MFI) of FOXP3 expression, detected by

ow cytometry in human

(CD4

+

CD45RA

+

CD25

+

) T

REG

cells infected with the same recombinant lentiviruses as in (

A

). Data from

N

=

6 samples per experimental group. (

C

) Schematic

representation of the experimental approach (left panel) used to monitor GFP transgene expression in the mesenteric LN (MLN) of (CD4

+

GFP

+

Nrp1

+

) tT

REG

cells and

(CD4

+

GFP

+

Nrp1

) pT

REG

cells. Representative

ow cytometry histogram (middle panel) and quanti

cation of relative GFP expression (right panel), shown as mean

uorescence intensity (MFI). Data from

N

=

8 mice per genotype, pooled from two independent experiments with similar trend. (

D

) Schematic representation of the

experimental approach (left panel) used to monitor Foxp3 expression by

ow cytometry in mouse spleen and MLN (CD4

+

Foxp3

+

) T

REG

cells. Representative

ow cytometry

staining of Foxp3 (middle panel). Relative quanti

cation of Foxp3 expression (right panel), represented as mean of

uorescence intensity (MFI). Data from

N

=

9 mice per

genotype, pooled from two to three independent experiments with similar trend. (

E

) Schematic representation of the experimental approach (left panel) used to monitor

Foxp3 expression in (CD45.2

+

CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

cells isolated from the spleen and LN of BM chimeras. Representative

ow cytometry of Foxp3 staining (middle panel).

Relative quanti

cation of Foxp3 expression (right panel), shown as mean

uorescence intensity (MFI). Data in (

E

) from

N

=

5

6 mice per genotype, representative of two

independent experiments with similar trend. (

F

) Schematic representation of the experimental approach (left panel) used to monitor GFP expression in the spleen and LN

of CD45.2

+

CD4

+

tdT

+

cells (T

REG

+

ex-T

REG

) from BM chimeras. Representative

ow cytometry of GFP (

F

) staining (middle panel). Relative quanti

cation of GFP expression

(right panel), represented as mean

uorescence intensity (MFI). Data from

N

=

10 mice per genotype, pooled from two independent experiments with similar trend. (

G

)

Schematic representation of the experimental approach (left panel), where (CD4

+

tdT

+

) cells were sorted from the spleen and LN for qRT-PCR (

G

, left panel). Relative

expression of

Foxp3

(right panel). (

H

)

Gfp, Fth

, and

tdT

mRNA expression normalized to

Arbp0

of cells sorted as in (

G

). Data in (

G

,

H

) from

N

=

3

4 mice per genotype

from one experiment. Data information: Data in (

B

) are presented as mean ± SD, circles correspond to individual wells and red bars to mean values. Data in (

C

H

) are

presented as mean ± SD, circles correspond to individual mice and red bars to mean values.

P

values in (

B

) were calculated using the Fiedman test with Dunn

s multiple

comparison test, in (

C

H

) using two-way ANOVA with Sidak

s multiple comparison test. NS not signi

cant (

P

> 0.05), *

P

< 0.05; **

P

< 0.01; ***

P

< 0.001;

****

P

< 0.0001. Source data are available online for this

gure.

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1460

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

H

E

D

B

C

G

F

Fth

fl/fl

Foxp3

GFP-Fth

''

Fth

fl/fl

Foxp3

GFP-Fth

''

J

I

0

40

80

67,7%

32,6%

***

Fo

x

p

3

+

 (%)

Foxp3

CD4

10

5

10

4

10

3

0

0 10

3

10

4

10

5

0 10

3

10

4

10

5

10

-2

10

-3

10

-2

1,32%

4,5%

0

2

4

6

8

Fo

x

p

3

-

CD25

+

 (%)

CD25

Foxp3

***

10

5

10

4

10

3

0

0

10

3

10

4

10

5

0

10

3

10

4

10

5

Fth

fl/fl

Foxp3

GFP-Fth

''

Fth

fl/fl

Foxp3

GFP-Fth

''

0

5

10

15

0

25

50

75

100

Percent survival

***

Days

0

1

2

3

4

5

6

7

iRBCs/

P

L (x10

6

)

*

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Days

9/9

1/9

**

CD4

0

10

3

10

4

10

5

0

10

3

10

4

10

5

10

5

10

4

10

3

0

0

5

10

15

Foxp3

-GFP

 (x10

)

0

2

4

1

3

NS

10%

4,86%

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Tumor

Size

B16

Melanoma

Spleen

CD4

+

Foxp3

+

Pcc

Pcc

CD4

IFN

J

0

10³

10

10

10

0

0

10

20

30

0

10

5

IFN

J

+

CD

4

+

 (

x10

6

)

IFN

J

+

CD

4

+

 (

%

)

NS

*

12,6%

21,4%

CD4

+

IFN

J

Pcc

10

5

10

4

10

7

10

6

0

10

5

10

4

10

7

10

6

Spleen

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Survival
Pathogen

0 3

9

15

6

12

Dis

e

a

s

e

S

e

ve

ri

ty

*

0 5 10 15 20 25 30

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Days

3.5

35

A

Disease Incidence

(%)

EAE

MOG

35-55

+CFA

0 5 1015 202530 35

0

50

100

Days

25

25

*

Foxp3

-GFP

Foxp3

-GFP (%)

***

**

*

13 15 17 19

0

200

400

600

800

1000

Days

Tumo

r

s

ize

(mm

3

)

IFN

J

(%)

IL-17A

+

(%)

*

Fth

fl/fl

Foxp3

GFP-Fth

''

(IFN

J

/IL-17)

CD4

+

Spinal

Cord

MOG

35-55

0

5

10

15

20

0

10

20

30

40

0

2

4

6

8

(%)

IFN

J

IL-17A

+

*

16%

22%

IFN

J

IL-17A

18,7%

33,9%

10

5

10

4

10

3

0

0 10

3

10

4

10

5

0 10

3

10

4

10

5

Fth

fl/fl

Foxp3

GFP-Fth

''

+CFA

NS

1,4%

4%

Fth

fl/fl

Foxp3

GFP-Fth

''

**

**

*

**

*

NS

NS

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1461

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

of the TCA cycle. This interpretation is consistent with other signal
transduction pathways regulating the TCA cycle, such as the one
triggered by the programmed cell death 1 ligand 2 (PD-L2),
regulating cytosine methylation at CpG sequences in the T

REG

-speci

c

demethylation region, compromising Foxp3 stability in T

REG

cells

(Hurrell et al,

2022

).

The metabolic program orchestrated by FOXP3, supports T

REG

cell antiproliferative function and lineage stability, via a mechanism
that relies on the suppression of c-Myc, a transcription factor that
represses mitochondrial

OXPHOS and promotes glycolysis

(Angelin et al,

2017

). Importantly, c-Myc can repress

FTH

transcription and translation in other cell types, the later occurring
via a mechanism involving the Fe-regulatory protein 2 (IRP2) (Wu
et al,

1999

). This suggests that the FOXP3-driven genetic program

encompasses the induction of

FTH

via a mechanism that could

involve the repression of c-Myc. Moreover, the

FTH

promoter

contains at least one Foxp3 DNA binding site (Appendix
Figs. S3 and 4) and as such it is possible that Foxp3 would regulate

FTH

expression directly. This would argue for a positive feedback

loop in which FTH enforces

Foxp3

expression, via the regulation of

TET dioxygenases, and the later enforces the

FTH

expression

transcriptionally. This hypothesis remains however to be tested
experimentally.

While FTH prevents the transdifferentiation of T

REG

cells toward

in

ammatory ex-T

REG

cells (Figs.

3

and EV2C

E), via a non-cell-

autonomous mechanism that relies on systemic in

ammation

(Fig. EV1D

G), this is not associated with the accumulation of

in

ammatory ex-T

REG

cells in

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs. control

Foxp3

GFP-tdT

mice (Fig.

3

E

G). The same is true in mixed BM chimeric mice

reconstituted with BM cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

vs. control

Foxp3

GFP-tdT

mice (Fig.

4

A

G). One possible interpretation is that FTH is essential not

only to restrain T

REG

cells from transdifferentiating into in

ammatory ex-

T

REG

cells but also to support the viability of highly proliferating T

REG

and

ex-T

REG

cells. This is consistent with the lack of autoimmune lesions in

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice (Fig. EV2B). We note, however, that

Fth

deletion in

T

REG

cells does not compromise the T

REG

cell thymic output (Fig.

1

H) nor

the generation and proliferation of iT

REG

cells in vitro (Fig. EV4F

J).

One cannot exclude that the highly methylated status of the

Foxp3

locus from ex-T

REG

cells (Komatsu et al,

2014

; Miyao et al,

2012

; Zhou et al,

2009

together with the increase frequency of ex-

T

REG

cells among CD45.2

+

CD4

+

tdT

+

cells (Fig.

4

A

G), contributes

to the observed increase in the methylation of the

Foxp3

locus in

Fth

-deleted T

REG

cells (Fig.

6

A

G). This does not invalidate

however, that

Fth

deletion acts in a cell-autonomous manner to

decrease

Foxp3

transcription/expression (Figs.

1

K,L and

7

F

H),

therefore increasing the frequency at which T

REG

cells transdiffer-

entiate into ex-T

REG

cells (Fig.

4

A

G).

In contrast with

genetic

deletion of

Tet2

and

Tet3

in T

REG

cells,

which promotes the transdifferentiation of T

REG

cells into

in

ammatory ex-T

REG

cells and the development of autoimmunity

(Nakatsukasa et al,

2019

; Ohkura et al,

2012

; Yue et al,

2019

),

Fth

deletion in T

REG

cells is not associated with overt autoimmunity

(Fig. EV2BG). This is consistent with FTH exerting additional
effects, beyond the regulation of TET dioxygenases, preventing
cellular stress from compromising the viability of the in

ammatory

ex-T

REG

cells that would otherwise elicit autoimmunity.

Fth

deletion in T

REG

cells led to an increase in EAE susceptibility

and severity (Fig.

8

A

C), induced by an immunization protocol

leading to low-grade disease severity in control mice (Fig.

8

C). This

was associated with a higher accumulation of activated T

H

1 and

T

H

17 cells as well as pathogenic IFN

γ

+

IL-17A

+

T

H

cells (Duhen

et al,

2013

) in the central nervous system (Fig.

8

D), likely

originating from auto-reactive T

N

cells and/from ex-T

REG

cells that

lost Foxp3 expression to become in

ammatory and presumably

pathogenic (Bailey-Bucktrout et al,

2013

). This is consistent with

regulation of Fe metabolism modulating the incidence and severity
of autoimmune conditions, as demonstrated for systemic lupus
erythematosus (Gao et al,

2022a

). Consistent with our

ndings, this

was linked to modulation of T

REG

(Gao et al,

2022a

), T

H

17 (Teh

et al,

2021

), and FT

H

(Gao et al,

2022b

) cells and was associated

with regulation of DNA demethylation (Gao et al,

2022b

; Teh et al,

2021

). However, whether regulation of Fe metabolism in T

REG

cells

affects systemic lupus erythematosus was, to the best of our
knowledge, not established (Gao et al,

2022a

).

Fth

deletion in T

REG

cells increased susceptibility to malaria

(Fig.

8

E), consistent with dysregulation of Fe metabolism promoting

malaria lethality (Ferreira et al,

2008

; Ramos et al,

2022

; Ramos et al,

2019

Wu et al,

2023

). This was associated with an increase in host-

parasite burden (Fig.

8

E), in keeping with T

REG

cells being essential to

counter the pathogenesis of severe presentations of malaria while
limiting immune-driven resistance mechanisms driving parasite
clearance (Hisaeda et al,

2004

; Kurup et al,

2017

Walther et al,

2005

). We infer that the protective effect of T

REG

cells against malaria

acts via a mechanism that is not associated with a reduction of the

Figure 8.

FTH expression in T

REG

cells controls the pathologic outcome of experimental immune-driven in

ammatory conditions.

(

A

) Schematic representation of the induction experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) in response to MOG

35-55

immunization. (

B

) EAE incidence (percentage)

and (

C

) EAE severity in MOG

35-55

immunized mice. Data from

N

=

18

20 mice per genotype, pooled from three independent experiments, with similar trend. (

D

)

Experimental approach (right panel), representative

ow cytometry dot plots (middle panel) and corresponding quanti

cation (left panel) of the relative percentage of

activated T

H

1 (CD3

+

CD4

+

IFN-

γ

+

), T

H

17 (CD3

+

CD4

+

IL-17A

+

); and double positive IFN-

γ

+

IL-17A

+

T

H

cells in the spinal cord, 22 days after MOG

35-55

immunization. Data

from

N

=

3

4 mice per genotype. (

E

) Survival (left panel) and number of circulating

Plasmodium chabaudi chabaudi

(

Pcc)

-infected red blood cells (iRBC) per

µ

L of whole

blood (i.e., parasite burden) (right panel).

N

=

9 mice per genotype, pooled from two independent experiments, with similar trend. (

F

,

G

) Representative

ow cytometry

dot plot (left panels) and corresponding percentage and cell numbers (right panels) of splenic (CD4

+

Foxp3-GFP

+

) T

REG

cells (

F

) and IFN

γ

+

CD4

+

activated T

H

cells (

G

),

7 days after

Pcc

infection. Data from

N

=

8

9 mice per genotype, pooled from two independent experiments, with similar trend. (

H

) Relative tumor (B16-F10-luc2) size,

13

19 days after inoculation (2 × 10

5

cells). Data from

N

=

7

11 mice per genotype, pooled from 3 independent experiments, with similar trend. (

I

,

J

) Representative

ow

cytometry dot plots (left panels) and corresponding percentage (right panels) of live tumor-in

ltrating (CD4

+

Foxp3

+

) T

REG

cells (

I

) and (CD4

+

Foxp3

-

CD25

+

) effector T

H

cells (

J

), 3 weeks after tumor inoculation.

N

=

7 mice per genotype, pooled from three independent experiments, with similar trend). Data information: Circles in

(

D

,

F

,

G

,

I

,

J

) correspond to individual mice and red bars to mean values. Data in (

C

,

H

) are presented as mean ± SEM. Data in (

E

, right panel) are presented as mean ± SD.

P

values in (

C

), (

E

, right panel), and (

H

) were determined using Holm

Sidak method (multiple

t

tests), with alpha

=

0.05 under the assumption that both genotypes have

similar SEM, in (

B

,

E

) by log-rank (Mantel

Cox) test, and in (

D

,

F

,

G

,

I

,

J

) by unpaired

t

test with Welch

s correction. NS not signi

cant (

P

> 0.05); *

P

< 0.05; **

P

< 0.01;

***

P

< 0.001. Source data are available online for this

gure.

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1462

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

host-pathogen burden, a defense strategy known as disease tolerance
(Medzhitov et

al,

2012

;

Soares

et

al,

2017

).

Presumably,

the mechanism(s) via which FTH acts in T

REG

cells to establish

disease tolerance to malaria is multifactorial, restraining unfettered
immune activation to prevent the pathogenesis of severe forms of
malaria.

Dysregulation of Fe metabolism in

Fth

-deleted T

REG

cells was

associated with better control of tumor progression (Fig.

8

H),

consistent with a relative reduction of tumor-in

ltrating T

REG

cells

(Fig.

8

I) and a more pronounced activation and/or in

ltration of

activated T effector cells (Fig.

8

J), including CD8

+

IFN

γ

+

T

C

cells

(Fig. EV5F). While the mechanism via which FTH expression in
T

REG

cells promotes tumor progression is not clear, these

observations are consistent with the regulation of Fe metabolism
in the tumor microenvironment impacting on tumor progression
(Alaluf et al,

2020

; Consonni et al,

2021

).

In conclusion, regulation of intracellular Fe metabolism by FTH

is essential to maintain T

REG

cell lineage and function in vivo,

re

ecting how intracellular catalytic Fe controls the activity of TET

dioxygenases that sustain FOXP3 transcription and support T

REG

cell lineage identity. Moreover, FTH might regulate other iron-
dependent mechanisms supporting T

REG

function, for example, by

enforcing the expression of c-Maf in T

REG

cells (Zhu et al,

2023

) that

control immunological tolerance to the microbiota (Xu et al,

2018

).

We propose that targeting Fe metabolism pharmacologically maybe
considered when manipulating T

REG

cells for therapeutic purposes,

either to enhance T

REG

cell function in the context of immune-

mediated in

ammatory diseases or to dampen T

REG

cell function as

in the context of cancer therapies.

Methods

Reagents and tools table

Reagent/resource

Reference or
source

Identi

er or catalog

number

Experimental models

Human: HEK293T

ATCC

ATCC

®

CRL-3216

Mouse: Tumor cells B16-F10-luc2
(B16)

CaliperLS

B16-F10-luc2

Mouse:

B6.C57BL/6 Fth

/

Lukas Kuhn, ETH,
Switzerland

(Darshan et al,

2009

)

Mouse:

B6129S-Tg(Foxp3 EGFP/

icre)1aJbs/J backcrossed into
B6.C57BL/6 background

Jackson
Laboratory

JAX stock: 023161

Mouse:

B6.Cg-Gt(ROSA)

26Sortm9(CAG-tdTomato)Hze/J

Jackson
Laboratory

JAX stock: 007909

Mouse:

RAG2 -/- (B6.129S6-

Rag2<tm1Fwa>N12)

Taconic

Taconic # RAGN12

Plasmodium chabaudi chabaudi

strains

: PcAS clone AJ4916

Reece &
Thompson,

2008

N/A

Blood samples from anonymized
healthy male donors were
obtained in accordance with
guidelines established by the
Sanquin Medical Ethical
Committee.

This paper

NA

Reagent/resource

Reference or
source

Identi

er or catalog

number

Recombinant DNA

psPAX

Addgene

Cat#12260

pMD2.G

Addgene

Cat#12259

pCMV-FTH-3tag3a

This paper

pCMV-FTH

mut

-3tag3a

This paper

pCMV-3×FLAG-TET3(human)-
Neo

miaolingBio

P45302

Antibodies

PE anti-human CD25 (Clone 2A3) BD Biosciences

Cat#341011 (RRID:
AB_2783790)

PE-Cy7 anti-human CD45RA
(Clone HI100)

BD Biosciences

Cat#560675 (RRID:
AB_1727498)

Brilliant Violet 421 Anti-human
CD127 (Clone A019D5)

Biolegend

Cat#351309 (RRID:
AB_10898326)

PE-Cy7 anti-Human FOXP3 (Clone
236A/E7)

eBioscience

Cat#25-4777-42
(RRID: AB_2573450)

Anti-Ferritin Heavy Chain

Abcam

ab65080
(RRID:AB_10564857)

CD45 APC-eFluor780

eBioscience

30-F11, 47-0451-82
(RRID:AB_1548781)

TCR-

β

BV421

BioLegend

H57-597, 109229
(RRID:AB_10933263)

TCR-

β

BV711

BioLegend

H57-597, 109243
(RRID:AB_2629564)

CD4 PE-Cy7

eBioscience

RM4-5, 25-0042-82
(RRID:AB_469578)

CD4 APC-eFluor780

eBioscience

GK1.5, 47-0041-82
(RRID:AB_11218896)

CD4 BV421

BioLegend

GK1.5, 100438
(RRID:AB_10900241)

CD8 PercpCy5.5

eBioscience

53-6.7, 45-0081-82
(RRID:AB_1107004)

CD8 APC/Fire 750

BioLegend

53-6.7, 100766
(RRID:AB_2572113)

CD44 eFluor450

eBioscience

IM7, 48-0441-82
(RRID:AB_1272246)

CD62L Pe-Cy7

eBioscience

MEL-14, 25-0621-82
(RRID:AB_469633)

CD304 (NRP1) PE

BioLegend

3E12, 145204
(RRID:AB_2561928)

PD1-PE

eBioscience

RMP1-30, 12-9981-82
(RRID:AB_466290)

CXCR5-biotin

BD Biosciences

2G8, 551960 RRID:
AB_394301)

Alexa Fluor

®

647 streptavidin

BioLegend

405237

CD25 PE-Cy7

BioLegend

PC61, 102016
(RRID:AB_312865)

Foxp3 PE

eBioscience

FJK-16s, 12-5773-82
(RRID:AB_465936)

Foxp3 FITC

eBioscience

FJK-16s, 11-5773-82
(RRID:AB_465243)

Foxp3 eF450

eBioscience

FJK-16s, 48-5773-82
(RRID:AB_1518812)

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1463

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

Reagent/resource

Reference or
source

Identi

er or catalog

number

CD71

BioLegend

RI7217, 113811
(RRID:AB_2203383)

Ki67

eBioscience

SolA15, 50-5698-82
(RRID:AB_2896285)

IL-17A

eBioscience

eBio17B7, 50-7177-82
(RRID:AB_11220280)

IFN-gamma

eBioscience

XMG1.2,12-7311-81
(RRID:AB_466192)

CD45RA

BD Biosciences

HI100 (RRID:
AB_1727498)

CD45.1 Paci

c blue

Produced at IGC

A20

CD45.2 AF647

Produced at IGC

104.2

CD4 MicroBeads, human

Miltenyi Biotec

130-045-101
(RRID:AB_2889919)

Thy1.1

Produced at IGC

19E12

Thy1.2

Produced at IGC

30H12

anti-CD3 mAb (Clone 1XE)

Pelicluster

M1654
(RRID:AB_10553652)

anti-CD28 mAb (Clone CD28.2)

eBioscience

16-0289-85
(RRID:AB_468927)

HO-1

Enzo Life
Sciences

ADI-SPA-896
(RRID:AB_10614948)

CD16/CD32

BioLegend

93, 101331

Oligonucleotides and other sequence-based reagents

Human FTH1 shRNA:

FTH

429

;

TRCN0000029429; target
sequence:
GCCTCGGGCTAATTTCCCATA

GPP Web Portal,
Broad Institute

RHS3979-9596837

Human FTH1 shRNA:

FTH

432

;

TRCN0000029432; target
sequence:
CCTGTCCATGTCTTACTACTT

GPP Web Portal,
Broad Institute

RHS3979-9596840

Primers for RT-qPCR, see Table

1

See Table

1

N/A

Chemicals, enzymes, and other reagents

TMRE-Mitochondrial Membrane
Potential Assay Kit

Abcam

ab113852

FerroFarRed

Goryo Chemical

GC903-01

LIVE/DEAD

Fixable Aqua Stain

ThermoFisher
Scienti

c

L34957

eBioscience

Cell Stimulation

Cocktail

ThermoFisher
Scienti

c

00-4970-93

Protein Transport Inhibitor
Cocktail

ThermoFisher
Scienti

c

00-4980

CFSE

ThermoFisher
Scienti

c

C34554

Solid Phase Reversible
Immobilization (SPRI) beads

Beckman Coulter

Software

Include version where applicable

ImageJ

Schneider
et al,

2012

https://
imagej.nih.gov/ij/

Flowjo

BD Sciences

Version 10.8.1

R

R Core Team
2014, Vienna,
Austria

Version 3.5.1

Reagent/resource

Reference or
source

Identi

er or catalog

number

FastQC method

Babraham
bioinform.

Version 0.11.5

Python (Linux/UNIX)

Python

Version 2.7.12

Trimmomatic

Bolger et al,

2014

Version 0.36

HISAT2

Kim et al,

2015

Version 2.1.0

HTseq

Anders
et al,

2015

Version 0.6.1p1

DESeq2

Love et al,

2014

Version 1.26.0

Other

QIAamp DNA Micro Kit

QIAGEN

56304

NucleoSpin RNA XS

Macherey-Nagel

740902

ChIP DNA Clean & Concentrator
columns

Zymo Research

D5205

MagniSort

Mouse CD4 T-cell

Enrichment Kit

ThermoFisher
Scienti

c

8804-6821-74

NEBNext

®

Enzymatic Methyl-seq

Kit

New England
Biolabs

E7120

Qubit HS dsDNA kit

ThermoFisher
Scienti

c

Q32851

High Sensitivity DNA Bioanalyzer
kit

Agilent

5067-4626

Seahorse XF Cell Mito Stress Test
Kit

Agilent
Technologies

103015-100

Animals

Mice were bred and maintained under speci

c pathogen-free (SPF)

conditions at the Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC). All
experimental protocols were approved by the Ethics Committee of
the IGC, the

Órgão Responsável pelo Bem-estar dos Animais

(ORBEA) (license numbers A001-2017, A003-2017) and the
Portuguese National Entity (Direcção Geral de Alimentação e
Veterinária) (noti

cation numbers 003722, 008830). Experimental

procedures were performed according to the Portuguese (Portaria
no. 1005/92, Decreto-Lei no. 113/2013 and Decreto-lei no.1/2019)
and European (Directive 2010/63/EU) legislations, concerning
housing, husbandry, and animal welfare.

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice were

generated by crossing

Foxp3

GFP

(i.e., B6129S-Tg(Foxp3 EGFP/icre)

1aJbs/J) mice (Chen et al,

2003

Zhou et al,

2008

with

Fth

/

mice

(Darshan et al,

2009

). Mouse progeny was genotyped for the

presence of the Cre allele. The

Foxp3

GFP

mice express a humanized

Cre-recombinase (GFP-hCre) from a

Foxp3

ATG translational start

codon, inserted in a bacterial arti

cial chromosome (BAC)

transgene (Chen et al,

2003

; Zhou et al,

2008

). As Cre expression

is not sex-dependent, this allows for

Fth

deletion in T

REG

cells from

male and female

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice, using

Foxp3

GFP

and

Fth

/

mice

as controls.

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice were generated by crossing

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice with

Ai9 (RCL-tdT)

mice. Control

Foxp3

GFP-tdT

mice were generated by crossing

Foxp3

GFP

mice with C57BL/6

Ai9

(RCL-tdT)

mice, similar to described above. Progeny was genotyped

for the presence of the humanized Cre-recombinase (

Gfp-hCre

)

allele. The genetic background of the mouse strains used was
C57BL/6J, including

Foxp3

GFP

mice, backcrossed into C57BL/6/J

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1464

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

background for over 10 generations. Rag2

/

mice used as

recipients of BM precursor cells were in C57BL/6NTac background.

Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE)

C57BL/6 mice were immunized with the MOG

35

55

peptide (s.c.;

200 µg), emulsi

ed in Complete Freund

s Adjuvant (CFA) contain-

ing

Mycobacterium tuberculosis

(4 mg/mL; BD Diagnostics). Mice

received 200 ng of Pertussis toxin (i.v.; Sigma-Aldrich) at the time
of immunization and 2 days thereafter. Clinical EAE severity scores
were evaluated daily as follows: 0, normal; 1, limp tail; 2, partial
paralysis of the hind limbs; 3, complete paralysis of the hind limbs;
4, hind-limb paralysis and forelimb weakness; 5, moribund or
deceased, essentially as described (Chora et al,

2007

).

Plasmodium

infection (malaria)

Mice were infected by the inoculation of blood isolated from mice
infected with a

Plasmodium chabaudi chabaudi

(

Pcc

) AS strain [i.p.;

2 × 10

6

infected red blood cells (iRBC) per mouse]. Mice were

monitored daily for parasitemia, weight, temperature, RBC
number, and survival, essentially as described (Seixas et al,

2009

).

Tumor model

Tumor cells B16-F10-luc2 (B16) (CaliperLS) were cultured at 37 °C
in RPMI 1640 (Life Technologies) supplemented with 10% Fetal
Bovine Serum (Biowest), 1% penicillin

streptomycin (Life Tech-

nologies), 50 µg/mL Gentamicin (Life Technologies), and 50 µM
2-Mercaptoethanol (Life Technologies). After trypsin (Life Tech-
nologies) treatment, single-cell suspensions were resuspended in
ice cold calcium-free and magnesium-free HBSS (Life Technolo-
gies). Mice were injected subcutaneously in the right

ank with

2 × 10

5

B16 cells in 100 µL volume. Tumor size was measured with

a caliper every 2 or 3 days, from day 8 post injection, and the
tumor diameter (TD) was calculated as TD = (L

+

W)/2. Mice were

sacri

ced when TD

20 mm. By the end of each experiment,

tumor clearance (TD

5 mm) was con

rmed upon dissection.

Human peripheral blood mononuclear cells (PBMC)

Blood samples from anonymized healthy male donors were obtained
in accordance with guidelines established by the Sanquin Medical
Ethical Committee. Brie

y, PBMC was isolated from fresh buffy coats

using Ficoll-Paque Plus (GEHealthcare) gradient centrifugation. Next,
CD4

+

T cells were isolated using magnetic sorting with CD4

microbeads (Miltenyi Biotec) and viable cells were separated using

ow cytometric sorting based on the expression of CD25, CD45RA,

and CD127 on a FACS Aria III (BD Biosciences).

Mouse leukocyte isolation

For isolation of leukocytes, spleen and lymph were harvested,
disrupted, passed through a cell strainer (70

μ

m) in PBS (3% FBS,

1 mM EDTA), pelleted (300 ×

g

, 4 °C, 10 min), and RBC were lyzed

(5 mL RBC lysis buffer; 5 min, RT). Lysis was stopped by adding
5 mL of medium, and cells were passed through a 40-

μ

m cell

strainer, centrifuged (300 ×

g

, 4 °C, 10 min) and resuspended in PBS

containing 3% FBS and 1 mM EDTA.

Cell sorting

Mice were sacri

ced, and LN (i.e., inguinal, brachial, axillary,

mandibular, super

cial cervical, mesenteric, pancreatic, renal, and

lumbar) or spleen were collected, and leukocytes isolated as described
above. The negative fraction from CD4

+

T cells enrichment

(MagniSort

Mouse CD4 T-cell Enrichment Kit) was recovered,

centrifuged, and stained with the following antibody panel: anti-
CD11b A647, anti-B220 A647, anti-CD8 A647, anti-CD4 PerCPCy5.5,
anti-CD62L Pe-Cy7, and anti-CD44 eF450. Foxp3

+

cells were sorted

based on endogenous Foxp3

EGFP/icre

expression (FACS Aria; BD

Biosciences).

When

indicated,

naive

T

cells

(CD11b/B220/

CD8

-

CD4

+

Foxp3

-

CD44

low

CD62L

high

),

memory/activated

T

cells

(CD11b/B220/CD8

-

CD4

+

Foxp3

-

CD44

high

CD62L

low

) and T

REG

cells

(CD11b/B220/CD8

-

CD4

+

Foxp3

+

) were sorted and recovered. A

similar procedure was followed for sorting ex-T

REG

cells, based on

endogenous expression of Tomato within GFP

+

(CD4

+

GFP

+

TdT

+

)

and GFP

-

(CD4

+

GFP

TdT

+

) cell populations.

Immunophenotyping

Cells isolated as described in

Leukocyte isolation

were stained for

ow cytometry analysis. For surface staining, cells were incubated

with Fc block together with LIVE/DEAD

Fixable Aqua Stain in

PBS, followed by incubation with antibodies against the following
surface markers: CD8, CD4, CD62L, CD44, CD25, TCR

β

, CD11b,

and CD304 (Nrp1). Intracellular Foxp3 staining was performed
using Foxp3/Transcription Factor Staining Buffer Set. Brie

y, upon

surface staining, cells were

xed, washed with permeabilization

buffer, and incubated with anti-Foxp3 antibody in permeabilization
buffer. For T

REG

cells (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) and ex-T

REG

cells (CD4

+

GFP

-

tdT

+

) staining, cells were

xed and incubated with Fc block,

followed by incubation with antibodies directed against the
following surface markers: CD4, CD62L, CD44, CD3, TCR

β

. T

REG

cells and ex-T

REG

cells were distinguished based on endogenous

Foxp3

EGFP/icre

and Tomato expression. Follicular T cells were

xed

and incubated with Fc block, followed by incubation with
antibodies against surface markers: CD4, CD3, TCR

β

, CXCR5,

and PD1. Foxp3

+

cells were selected based on endogenous

Foxp3

EGFP/icre

expression. For T

REG

cells lineage maintenance analysis

comparing T

REG

cells (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) and ex-T

REG

cells (CD4

+

GFP

-

tdT

+

), cells were incubated with Fc block together with LIVE/

DEAD

Fixable Aqua Stain in PBS, followed by incubation with

antibodies against surface markers: CD4, CD3, CD71, and

xation

with intracellular staining for the proliferation marker Ki67. Cell
acquisition was performed using a CYTEK Aurora (Cytek
Biosciences)

ow cytometer, and data was analyzed using FlowJo

software Version 10.8.1.

Cytokine staining

Cells were isolated as described in

Leukocyte isolation

and

were stimulated using Cell Stimulation Cocktail together with
Protein Transport Inhibitor Cocktail (4 h; 37 °C) in complete
RPMI (10% FBS, 100 U/mL Penicillin and 100 µg/mL Streptomy-
cin). For surface staining, cells were incubated with Fc block
together with LIVE/DEAD

Fixable Aqua Stain, followed by

incubation

with

antibodies

directed

against

the

following

surface markers: CD8, CD4, and TCR

β

. Intracellular Foxp3, IFN

γ

,

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1465

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

and IL-17 staining were performed using Foxp3/Transcription
Factor Staining Buffer Set. Brie

y, were

xed upon surface staining

cells, washed with permeabilization buffer, and incubated with
anti-Foxp3, anti-IFN

γ

, and anti-IL-17 antibodies in permeabiliza-

tion buffer. Cell acquisition was performed using BD LSRFortessa
X-20 (BD Biosciences)

ow cytometer. Alternatively, cells were

incubated with Fc block together with LIVE/DEAD

Fixable

Yellow Stain, followed by incubation with antibodies against the
following surface markers: CD8, CD4 and TCR

β

. Intracellular

Foxp3, IFN

γ

, IL-17 and IL10 staining were performed using

Foxp3/Transcription Factor Staining Buffer Set. Brie

y, upon

surface staining cells were

xed, washed with permeabilization

buffer, and incubated with anti-Foxp3, anti-IFN

γ

, anti-IL-17 and

anti-IL-10 antibodies in permeabilization buffer. Cell acquisition
was performed using a CYTEK Aurora (Cytek Biosciences)

ow cytometer. Data were analyzed with FlowJo software Version

10.8.1.

Leukocyte staining with

uorescent probes

Cells were isolated as described in

Leukocytes isolation

. To evaluate

mitochondrial membrane potential, cells were incubated with
(tetramethylrhodamine, ethyl ester) TMRE-Mitochondrial Membrane
Potential probe (20 nM) in RPMI without serum (20 min 37 °C).
Control samples were pre-incubated with the ionophore uncoupler of
oxidative phosphorylation FCCP (carbonyl cyanide 4-(tri

uoro-

methoxy) phenylhydrazone; 20

μ

M, 10 min, 37 °C), to eliminate

mitochondrial membrane potential and positive TMRE staining. To
detect intracellular labile Fe

2

+

, cells were incubated with FerroFarRed

(5

μ

M; 1 h 37 °C) in RPMI without serum. After incubation with the

uorescent probes, cells were stained with Fc block together with

LIVE/DEAD

Fixable Aqua Stain, followed by incubation antibodies

against the following surface markers: CD4, CD44, CD62L, and TCR

β

.

Foxp3

+

cells were selected based on endogenous Foxp3

GFP

expression.

Cell acquisition was performed using BD LSRFortessa X-20 (BD
Biosciences)

ow cytometer and data were analyzed using FlowJo

software Version 10.8.1.

Bone marrow transplants

Bone marrow (BM) cells were harvested by

ushing the femurs and

tibias of donor mice, and T cells were depleted by antibody-
mediated complement killing. The rabbit complement was
prepared fresh, via incubation on ice (30 min), centrifugation
(300 ×

g

, 10 min, 4 °C) and

ltering (0.22 µm). BM cell suspensions

(1 × 10

7

/mL in PBS) were incubated with an anti-Thy1.2 mAb

(0.5 µg/mL) and mixed gently (every 15 min) with rabbit comple-
ment (LowTox-M, CL3051, CEDARLANE) at a ratio of 100 µL per
mL of BM cell suspension (37 °C, 1 h). Complement activity was
neutralized (FBS, 200 µL/mL), cell suspensions were

ltered (70-

μ

m

mesh, cell strainer), washed (2x in PBS, 2% FBS and 1× in PBS
without serum), and cell numbers adjusted (10

8

/mL) in PBS. BM

cells from C57BL/6 CD45.1

+

mice were mixed with BM cells from

congenic C57BL/6 CD45.2

+

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

or control

Foxp3

GFP-tdT

mice at a 1:1 ratio and injected (i.v.; tail vein, 200 µL) into congenic
C57BL/6-recipient

Rag2-

de

cient (

Rag2

/

) female mice, 2 h after

irradiation (600 Gys). Hematopoietic chimerism was monitored by
immunophenotyping, 6 weeks after bone marrow reconstitution
and thereafter.

T

REG

cell in vivo homeostatic expansion

LN (i.e., super

cial, cervical, axillary, brachial, mesenteric, inguinal,

lumbar, renal, caudal, and popliteal) and spleen were collected from

Foxp3

GFP-tdT

and

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice and gently disrupted in 70-

μ

m mesh tissue to isolate leukocytes. Cell suspensions were washed

in cold PBS, red blood cells were lyzed (i.e., ammonium chloride),
passed through 40-

μ

m cell strainer and CD4

+

GFP

+

TdT

+

T

REG

cells

were sorted upon surface marker staining, as described in

Cell

sorting

. To test T

REG

cell stability in vivo, CD4

+

GFP

+

TdT

+

T

REG

cells from

Foxp3

GFP-tdT

and

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

-tdT

mice were adoptively

transferred (i.v., 1 × 10

5

cells) to

Rag2

-/-

mice. LN and spleen were

collected six weeks later, disrupted, and RBC was lysed. The
number of CD4

+

GFP

+

TdT

+

T

REG

cells and CD4

+

GFP

-

TdT

+

ex-T

REG

cells was quanti

ed by

ow cytometry, as described in

Immuno-

phenotyping

. An additional aliquot of spleen cells was used to sort

CD4

+

GFP

+

TdT

+

T

REG

cells, as described in

Cell sorting

. These

were used to extract mRNA and monitor

Fth

mRNA expression in

the CD4

+

GFP

+

TdT

+

T

REG

cells used for the adoptive transfer.

T

REG

cell proliferation suppression assay

Naive T cells were sorted, as described in

Cell sorting

, washed

with PBS, and incubated with Cell Tracer Violet (CTV) (Thermo-

sher; 1/1000 in PBS without serum) at RT in the dark for 15 min.

Staining was stopped by adding

ve volumes of complete media

(containing 10% FBS). Sort-puri

ed T

REG

cells were plated and

serially twofold diluted, starting at 2.5 × 10

4

cells/well in round-

bottom 96-well plates with 1 µg/mL soluble anti-CD3 mAb and
5 × 10

4

irradiated splenocytes. CTV-labeled T

N

cells were plated

(2.5 × 10

4

cells/well), resulting in T

REG

:T

NAIVE

ratio ranging from 1:1

to 1:64. Cultures were set in triplicates in a

nal volume of 200 µL.

On day 3 of culture, CTV intensity was measured in responder
T cells de

ned as Thy1.1

+

Thy1.2

-

TCRb

+

CD4

+

, live lymphocytes.

In vitro induction of T

REG

cells and

ow cytometry analysis

Naive T cells sorted, as described in

Cell sorting

, were cultured for

5 days on a maxisorb 96-well plate pre-coated with anti-CD3 mAb
(1 µg/mL; 100 µL/well in PBS) in RPMI complete media (10% FBS,
100 U/mL Penicillin and 100 µg/mL Streptomycin), supplemented
with anti-CD28 mAb (1 µg/mL), mouse recombinant IL-2 (20 ng/mL)
and TGF

β

(5 ng/mL) (iT

REG

cell differentiation medium). Alternatively,

naive T cells were cultured in the same media, without TGF

β

(conventional T-cell differentiation medium). For cell surface staining,
cells were incubated with Fc block together with LIVE/DEAD

Fixable

Aqua Stain, followed by incubation with anti-CD4 antibody. For
intracellular Foxp3 staining cells were

xed after surface staining,

washed with permeabilization buffer, and incubated with anti-Foxp3
antibody in permeabilization buffer, according to the Foxp3/
Transcription Factor Staining Buffer Set. Cells were acquired in a
BD LSRFortessa X-20 (BD Biosciences)

ow cytometer and analyzed

using FlowJo software Version 10.8.1. For analysis at day 12 after T

REG

induction, induced iT

REG

cells were re-plated at day 5 in RPMI media

supplemented with IL-2 (100 ng/mL) with or without Fe sulfate
(20 µM) and cultured for 7 days. To determine cell proliferation, naive
T cells (5 × 10

6

/mL) were stained with CFSE (5 µM, 20 min RT),

washed with complete medium to stop the reaction and re-cultured in
T

REG

or conventional T cells medium.

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1466

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

Lentiviral transduction

Lentivirus was produced by transfecting con

uent human

HEK293T cells with packaging (psPAX2) and envelope plasmids
(pMD2.G) with pLKO.1. HEK293T cells were cultured in DMEM
with HEPES (Life Technologies) supplemented with 10% fetal calf
serum and 1% penicillin/streptomycin. Polyethylenimine (Poly-
sciences, Hirschberg an der Bergstrasse, Germany) was used as a
transfection reagent. After 24 h, the cultures were refreshed with
medium with 2% FCS and 24 h later, lentiviral particles were
concentrated and puri

ed by ultracentrifugation at 50,000 ×

g

,

2.5 h, 8 °C. Naive T

CONV

(CD4

+

, CD127

+

, CD25

, CD45RA

+

) and

naive T

REG

(CD4

+

, CD127

-

, CD25

+

, CD45RA

+

) cells were isolated

by FACS sorting (FACS Aria III, BD Biosciences) as described
above. The cells were then cultured in presence of 0.1 µg/mL of
anti-CD3 mAb (M1654, clone 1XE, PeliCluster) and anti-CD28
mAb (16-0289-85, clone CD28.2, eBioscience) for 5 days in IMDM
containing 10% FCS and 300 U/mL IL-2 and restimulated one day
prior to transduction. Cells were then infected in RetroNectin

®

(Clontech) coated plates for 24 h. After that, the cells were
transferred into tissue culture-treated plates with medium contain-
ing 100 U/mL IL-2 and puromycin. After 5 days, the cells were
directly used for FACS analysis or lysed for western blot assays.

Western blot

Human T conventional (CD4

+

CD45RA

+

CD127

+

CD25

), T

REG

(CD4

+

CD127

CD45RA

+

CD25

hi

) cells or HEK293T were washed

(2× in PBS) and directly lysed in RIPA buffer. Cell lysates
containing equal amounts of protein were boiled in a sample buffer
prior to gel electrophoresis. SDS-PAGE gel electrophoresis was
performed using the NuPAGE electrophoresis system (Novex, Life
Technologies). Proteins were transferred using the iBlot system
(Thermo Scienti

c) and analyzed using the corresponding

antibodies. ECL signals on Western blots were developed using
the Pierce ECL substrate kit (Pierce) followed by autoradiographic
detection on

lm (Fuji Medical). Sorted cells mouse T

REG

, T

M

, and

T

N

cells were directly lysed in 2× SDS-page sample buffer (20%

glycerol, 4% SDS, 100 mM Tris pH 6.8, 0.002% bromophenol blue,
100 mM dithiothreitol). Samples were then sonicated or treated
with Benzonase to degrade DNA, heated (10 min; 70 °C), and
centrifuged. The supernatant was collected, and the protein was
quanti

ed using NanoDrop

1000. Anti-FTH1 (1:1000), anti-

Histone H3 (1:1000) were detected using peroxidase-conjugated
secondary antibodies (1 h; RT) and developed with SuperSignal

West Pico PLUS Chemiluminescent Substrate (ThermoFisher
Scienti

c). ECL signal was developed using Pierce ECL substrate

kit followed by autoradiographic detection on

lm (Fuji Medical).

Alternatively, western blots were developed using Amersham
Imager 680 (GEHealthcare), equipped with a Peltier-cooled
Fuji

lm Super CCD. Densitometry analysis was performed with

ImageJ using images without saturated pixels.

qRT-PCR

RNA was isolated from cells using NucleoSpin RNA XS kit
(Macherey-Nagel) according to the manufacturer

s instructions.

cDNA was transcribed from total RNA with transcriptor

rst

strand cDNA synthesis kit (Roche) or Xpert cDNA Synthesis Kit

(GRiSP). Quantitative real-time PCR (qRT-PCR) was performed
using 1

μ

g cDNA and SYBR Green Master Mix (Applied

Biosystems, Foster City, CA, USA) in duplicate on a 7500 Fast
Real-Time PCR System (Applied Biosystems) under the following
conditions: 95 °C/10 min, 40 cycles/95 °C/15 s, annealing at 60 °C/
30 s, and elongation 72 °C/30 s. Primers listed in Table

1

were

designed using Primer Blast (Ye et al,

2012

).

Serology

Mice were euthanized using CO

2

inhalation. Whole blood was

collected by cardiac puncture and transferred into an EDTA for
hemogram analyses or heparin tubes for serology (Iron, Transfer-
rin, and Transferrin saturation). Analysis was performed by
DNAtech (Lisbon).

Histology

Organs were harvested,

xed (10% formalin), embedded in

paraf

n, sectioned (3-

μ

m-thick sections), and stained with

Hematoxylin and Eosin (H&E). Whole sections were analyzed,
and images acquired with a Leica DMLB2 microscope (Leica) and
NanoZoomer-SQ Digital slide scanner (Hamamatsu).

mtDNA/nDNA qPCR

Total isolated DNA was used to perform the quanti

cation of

mitochondrial DNA (mtDNA) in comparison to nuclear DNA
(nDNA) using a qRT-PCR-based method (Quiros et al,

2017

).

Brie

y, qRT-PCR was performed form using 20 ng of DNA and

SYBR Green Master Mix (Bio-Rad), in duplicate on a 7500 Fast
Real-Time PCR System (Applied Biosystems), under the following
conditions: 50 °C/2 min and 95 °C/5 min (Hold stage), 45 cycles/
95 °C/10 s, annealing at 60 °C/30 s, and elongation 72 °C/20 s,
followed by melting curve: 95 °C/15 s, 60 °C/1 min, and gradual
increase in temperature up to 95 °C. Primers for NADH-
ubiquinone oxidoreductase chain 1 encoded by the mitochondrial
gene

MT-Nd1

(

Nd1

) and for the nuclear-encoded

hexokinase 2

gene

(

Hk2

) (Quiros et al,

2017

) are listed in Table

1

. Mitochondria

number per cell was calculated according to the ratio of mRNA
expression of the single copy mitochondrial gene Nd1 and the
single copy nuclear gene Hk2.

Seahorse assays

Oxygen consumption rate (OCR) and extracellular acidi

cation

rate (ECAR) were measured using a Seahorse XFe96 analyzer
(Agilent Tech.) and the Seahorse XF Cell Mito Stress Test Kit
according to instructions from the manufacturer. Speci

cally sorted

TREG and TCONV cells were plated on poly-L lysine-coated
Seahorse XF96 plates (15 × 10

3

cells/well) XF medium (10 mM

glucose, 1 mM sodium pyruvate, 2 mM

L

-glutamine, pH 7.4), and

centrifuged (400 ×

g

, for 5 min) to promote cell adhesion. Cells

were incubated in a non-CO

2

incubator (37 °C; 1 h) prior to the

assay. The analyzer was programmed to calibrate and equalize
samples, followed by three baseline measurements (3 min each) and
mixing (2 min) between measurements prior to inhibitor injection.
The inhibitors were injected in the following order: Oligomycin
(1

μ

M); FCCP (2

μ

M); Antimycin A/Rotenone (1

μ

M); and three

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1467

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

measurements (3 min each) were made following each injection
with 2 min of mixing between measurements.

RNA sequencing

RNA was extracted from (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells sorted from the

LN of Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs. control Foxp3

GFP

mice (see Fig.

2

) or from

(CD45.2

+

CD3

+

CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

and (CD45.2

+

CD3

+

CD4

+

GFP-tdT

+

) ex-T

REG

cells sorted from LN of BM chimeric

mice (see Fig.

4

). RNA sequencing data from non-chimeric mice was

analyzed as follows: RNA sequencing was performed using Illumina

s

next-generation sequencing (Bentley et al,

2008

). Quality check and

quanti

cation of total RNA was done using the Agilent Bioanalyzer

2100 in combination with the RNA 6000 pico kit (Agilent
Technologies). Library preparation was done using SMARTer
Stranded Total RNA-Seq Kit v2-Pico Input Mammalian (Takara)
following the manufacturer

s description. Library quanti

cation and

quality check was done using the Agilent Bioanalyzer 2100 in
combination with the DNA 7500 kit. Libraries were sequenced on a
HiSeq2500 running in 51cycle/single-end/rapid mode. All libraries
were pooled and sequenced in two lanes. Sequence information was
extracted in FastQ format using Illumina

s bcl2fastq v.2.19.1.403.

Sequencing resulted in around 29mio reads per sample. RNA
sequencing data from cells extracted from mixed BM chimeric mice
was analyzed as follows: RNA was extracted and quality assessed using
Agilent Bioanalyzer 2100 using the RNA 6000 pico kit (Agilent
Technologies). Full-length cDNAs and sequencing libraries were
generated following the SMART-Seq2 protocol

62

. Library preparation,

including cDNA

tagmentation

, PCR-mediated adaptor addition and

library ampli

cation was performed using the Nextera library

preparation protocol (Nextera XT DNA Library Preparation kit,
Illumina). Libraries were sequenced (NextSeq 500, Illumina) using
High Output kit v2.5 (75 cycles). Sequencing data was extracted in
FastQ format, using Illumina

s bcl2fastq v.2.19.1.403, producing

30.14 × 10

6

reads per sample on average. Library preparation and

next-generation sequencing were performed at the IGC Genomics
Unit. Fastq reads were aligned against the mouse reference genome
GRCm39 using the GENCODE vM27 annotation to extract splice
junction information (STAR; v.2.5.2a)

64

. Read summarization was

performed by assigning uniquely mapped reads to genomic features
using

FeatureCounts

(subread package v.1.5.0-p1). Gene expression

tables were imported into the R environment (v.4.1.0) to perform
differential gene expression, functional enrichment analyses, and data
visualization (R Core-Team,

2021

). Differential gene expression

analysis was performed using the DESeq2 R package (v.1.32). Gene
expression was modeled by genotype. Genes not expressed or with
fewer than 10 counts across the samples were removed. We
subsequently ran the function

DESeq

to estimate the size factors (by

estimateSizeFactors

), dispersion (by

estimateDispersions

) and

t a

binomial GLM

tting for

β

i coef

cient and Wald statistics (by

nbinomWaldTest

). Pairwise comparisons were performed with the

function

results

(alpha = 0.05), and the log

2

fold change for each

pairwise comparison was shrunken with the function

lfcShrink

using

the algorithm

ashr

(v.2.2-47)

65

. Differentially expressed genes were

considered as genes with an adjusted

P

value < 0.05 and an absolute

log

2

fold change >0. Normalized gene expression counts were obtained

with the function

counts

using the option normalized = TRUE.

Regularized log-transformed gene expression counts were obtained
with

rlog

, using the option blind = TRUE. Ensembl gene ids were

converted into gene symbols from Ensembl (v.104 - May 2021

https://may2021.archive.ensembl.org

) by using the mouse reference

(GRCm39) database with biomaRt R package (v.2.48.2). All plots were
created using the ggplot2 R package (v.3.3.5). Heatmaps were created
with pHeatmap (v.1.0.12), using Euclidean distance and Ward.D2
methods for clustering estimation. For hierarchical clustering, gene
expression counts were scaled (Z-score) with the function

scale

.

Functional enrichment analysis was performed using the gpro

ler2 R

package (v.0.2.1). Enrichment was performed with the function

gost

based on the list of up- or downregulated genes, between each pairwise
comparison, against annotated genes (domain_scope =

annotated

)

Table 1.

RT-qPCR primers.

Oligonucleotides

Sequences

Reference

Arbp0

Fwd

5

-CTTTGGGCATCACCACGAA-3

Blankenhaus et al,

2019

Arbp0

Rev

5

-GCTGGCTCCCACCTTGTCT-3

Blankenhaus et al,

2019

Fth

Fwd

5

-CCATCAACCGCCAGATCAAC-3

Blankenhaus et al,

2019

Fth

Rev

5

-GCCACATCATCTCGGTCAAA-3

Blankenhaus et al,

2019

Ftl

Fwd

5

-AAGATGGGCAACCATCTGAC-3

This work

Ftl

Rev

5

-GCCTCCTAGTCGTGCTTGAG-3

This work

Hk2

Fwd

5

-GCCAGCCTCTCCTGATTTTAGTGT-3

Quiros et al,

2017

Hk2

Rev

5

-GGGAACACAAAAGACCTCTTCTGG-3

Quiros et al,

2017

Nd1

Fwd

5

-CTAGCAGAAACAAACCGGGC-3

Quiros et al,

2017

Nd1

Rev

5

-CCGGCTGCGTATTCTACGTT-3

Quiros et al,

2017

GFP

Fwd

5

-CGACGTAAACGGCCACAAGTTCAG-3

Liu et al,

2012

GFP

Rev

5

-CCGTAGGTCAGGGTGGTCACGAG-3

Liu et al,

2012

Tdt Fwd

5

-GCCGACATCCCCGATTACAAGA-3

Wienert et al,

2015

Tdt Rev

5

-CGATGGTGTAGTCCTCGTTGTGG-3

Wienert et al,

2015

Foxp3

Fwd

5

-GGCCCTTCTCCAGGACAGA-3

Fontenot et al,

2003

Foxp3

Rev

5

-GCTGATCATGGCTGGGTTGT-3

Fontenot et al,

2003

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1468

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

of the organism Mus musculus (organism =

mmusculus

). Gene lists

were sorted based on adjusted p value (ordered_query = TRUE) to
generate GSEA (Gene Set Enrichment Analysis) style

p

values. Only

statistically signi

cant (user_threshold=0.05) enriched functions are

returned (signi

cant=TRUE) after multiple testing corrections with

the default method g:SCS (correction_method =

analytical

).

Gpro

ler2 queries were run against the default functional databases

for mouse which include Gene Ontology (GO:MF, GO:BP, GO:CC),
KEGG (KEGG), Reactome (REAC), TRANSFAC (TF), miRTarBase
(MIRNA), Human phenotype ontology (HP), WikiPathways (WP),
and CORUM (CORUM). Gpro

ler2 was performed using database

versions Ensembl 104, and Ensembl gene 51 (database updated on 07/
05/2021).

RNA-sequencing data analysis

Sequence read quality was assessed by means of the FastQC method
(v0.11.5;

http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/

).

Trimmomatic version 0.36 was used to trim Illumina adapters and
poor-quality bases (trimmomatic parameters: leading=3, trailing=3,
sliding window=4:15, minimum length=40). The remaining high-
quality reads were used to align against the Genome Reference
Consortium mouse genome build 38 (GRCm38). Mapping was
performed by HISAT2 version 2.1.0 with parameters as default. Count
data were generated by means of the HTSeq method and analyzed using
the DESeq2 method in the R statistical computing environment (R Core
Team 2014. R: A language and environment for statistical computing. R
Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria). Statistically
signi

cant differences were de

ned by Benjamini & Hochberg adjusted

probabilities <0.05. Canonical signaling pathways and biofunctions were
generated by Ingenuity Pathway Analysis (IPA; QIAGEN) specifying
mouse species and ingenuity database as reference. Benjamini &
Hochberg adjusted probabilities <0.05 demarcated signi

cance. Func-

tional enrichment analysis was performed with gPro

ler (Kolberg et al,

2023

). Data were analyzed using g:SCS multiple testing correction

method with a signi

cance threshold of 0.05.

Targeted metabolomics

Targeted metabolomics analyses of cell extracts for intermediates of the
tricarboxylic acid cycle (TCA cycle; citrate, isocitrate,

α

-ketoglutarate,

succinate, fumarate, malate, cis-aconitate) and additional metabolites
closely linked to the TCA cycle (pyruvate, lactate, DL-2-hydroxyglu-
tarate, itaconate, and the amino acids aspartate, glutamate, glutamine)
were performed by liquid chromatography-tandem mass spectrometry
(LC-MS/MS), as described elsewhere (Richter et al,

2019

). For

metabolite quanti

cation, ratios of analyte peak areas to peak areas

of respective stable isotope labeled internal standards determined in cell
extracts were compared to those in calibrators.

Genome-wide methyl-sequencing (EM-seq)

The initial genomic DNA (gDNA) was quanti

ed using the Invitrogen

Qubit 4 as per the manufacturer

s protocol (1 µL in 199 µL of Qubit

working solution). For library preparation, NEB enzymatic Methy-Seq
kit was used, following the manufacturer

s protocol for large insert

libraries. Based on the quality assessment, samples were standardized
to 10 ng of DNA in a volume of 50 µL, including a spike-in of pUC
and Lambda DNA provided with the kit, as a control for methylation

ef

ciency as per the manufacturer

s protocol. Samples were fragmen-

ted using the Covaris S2 system, with settings to achieve an average
fragment size of 350-400 bp and individual barcoded during the PCR,
using eight PCR cycles as per the manufacturer

s protocol. Libraries

were quanti

ed using the Qubit HS DNA assay as per the

manufacturer

s protocol (1 µL of sample in 199 µL of Qubit working

solution). The quality and molarity of the libraries were assessed using
Agilent Bioanalyzer with the DNA HS Assay kit as per the
manufacturer

s protocol. Molarity was used to equimolarly combine

individual libraries into one pool, loaded and sequenced on an
Illumina NextSeq 2000 platform (Illumina, San Diego, CA, USA)
using a P3 300 cycle kit and a read-length of 155 bp paired-end reads.
Raw sequencing reads were deposited to ENA under the accession
number: Sequencing reads were processed by the methylseq (v1.6.1)
(

https://zenodo.org/record/2555454/export/xd

) nf-core (Ewels et al,

2020

). Default parameters were used with BWA-meth as the aligner,

GRCm38 as the reference genome. The --em-seq and --methyl_kit
options were also used for downstream analysis. R methylkit package
(v1.22.0) (Akalin et al,

2012

was used to load the methylation calls,

calculate the methylation rate, and generate plots presented in this
paper. Sliding Linear Model (SLIM) multiple testing correction (Wang
et al,

2011

was used to extract the signi

cant methylated sites.

TET activity assay

TET enzymatic activity was monitored in human HEK293T cells,
transiently transfected with human TET3 (pCMV-3×FLAG-TET3(hu-
man)-Neo; MiaolingBio

P45302

plus human FTH (pCMV-FTH-

3Tag3a) or FTH mutant (FTH

mut

; pCMV-FTH

mut

-3Tag3a; Glu 62 and

His 65 and Lys86 were mutated as Lys, Gly, Gln, respectively, to
achieve fully ablation of ferroxidase activity) lacking ferroxidase mutant
FTH (FTH

mut

), similar to previously described (Broxmeyer et al,

1991

),

followed by nuclear protein extraction and ELISA-based TET activity
measurement. Brie

y, HEK293T cells, at 60% con

uency in six-well

plates, were transiently transfected with the human TET3 (800 ng/well)
together with FTH (200 ng/well), FTH

mut

(200 ng/well) cDNA expres-

sing vectors or empty vector (pCMV-3Tag3a; 200 ng/well) using
transfection reagent (YEASEN, 40802ES03). Nuclear proteins were
extracted 48 h after transfection, using a commercial kit (EpiQuik, OP-
0002-1) and quanti

ed (BCA assay; Meilunbio MA0082-2). TET

activity was measured by ELISA-based the manufacturer

s instructions

(EpiQuik, P-3087). Expression of

ag-tagged TET3, FTH and FTH

mut

was monitored by western blot. Brie

y, cytosol and nuclear extracts

were loaded on a 4

20% gradient SDS-PAGE precast-Gel (ACE

Biotechnology, ET15420LGel) and proteins were transferred on PVDF
membranes. These were blocked (5% skimmed milk in TBST; 1 h) and
incubated (4 °C; overnight) with an HRP-labeled anti-FLAG-HRP
antibody (Sigma, A8592). Membranes were washed (3 × 10 min; TBST)
and HRP activity was detected by ECL (Thermo Scienti

c, 32106).

Images were capture by Molecular Imager

®

ChemiDoc

TM

XRS

+

with Image Lab

TM

Software (BIO-RAD). Membranes were further

incubated (1.5 h, RT) with anti-Lamin A/C (Proteintech, 10298-1-AP)
and anti-GAPDH (Abclonal, AC033) antibodies, used as reference
cytosolic and nuclear proteins, respectively. Membranes were washed
(3 × 10 min; TBST), incubated with goat anti-rabbit (Abclonal, AS014)
and goat anti-mouse (Abclonal, AS003), secondary antibodies,
respectively, washed (3 × 10min in TBST), and HRP signal was
detected by ECL to blot references proteins for cytosol and nuclear
fractions, respectively, as above.

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1469

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

Quanti

cation and statistical analysis

Statistical analysis was conducted using GraphPad Prism 9 software.
All distributed data are displayed as means ± standard deviation of
the mean (SD) unless otherwise noted. Measurements between two
groups were performed with unpaired

t

test with Welch

s

correction, paired

t

test, or Mann

Whitney test. Groups of three

or more were analyzed by one-way or two-way analysis of variance
(ANOVA). Survival was assessed using a log-rank (Mantel

Cox)

test. Statistical parameters for each experiment can be found within
the corresponding

gure legends.

Data availability

Data from RNA sequencing studies are available at GEO database

GSE173181

(Fig.

3

B) and

GSE226032

(Fig.

5

I,J). The methylation data

for this study have been deposited in the European Nucleotide Archive
(ENA) at EMBL-EBI under accession number

PRJEB59884

(Fig.

6

).

Expanded view data, supplementary information, appendices are
available for this paper at

https://doi.org/10.1038/s44318-024-00064-x

.

Peer review information

A peer review

le is available at

https://doi.org/10.1038/s44318-024-00064-x

References

Akalin A, Kormaksson M, Li S, Garrett-Bakelman FE, Figueroa ME, Melnick A,

Mason CE (2012) methylKit: a comprehensive R package for the analysis of

genome-wide DNA methylation pro

les. Genome Biol 13:R87

Alaluf E, Vokaer B, Detavernier A, Azouz A, Splittgerber M, Carrette A, Boon L,

Libert F, Soares M, Le Moine A et al (2020) Heme oxygenase-1 orchestrates

the immunosuppressive program of tumor-associated macrophages. JCI

Insight 5:e133929

Anders S, Pyl PT, Huber W (2015) HTSeq

a Python framework to work with high-

throughput sequencing data. Bioinformatics 31:166

169

Angelin A, Gil-de-Gomez L, Dahiya S, Jiao J, Guo L, Levine MH, Wang Z, Quinn

3rd WJ, Kopinski PK, Wang L et al (2017) Foxp3 reprograms T cell

metabolism to function in low-glucose, high-lactate environments. Cell Metab

25:1282

1293.e1287

Arpaia N, Green JA, Moltedo B, Arvey A, Hemmers S, Yuan S, Treuting PM,

Rudensky AY (2015) A distinct function of regulatory T cells in tissue

protection. Cell 162:1078

1089

Bailey-Bucktrout SL, Martinez-Llordella M, Zhou X, Anthony B, Rosenthal W,

Luche H, Fehling HJ, Bluestone JA (2013) Self-antigen-driven activation

induces instability of regulatory T cells during an in

ammatory autoimmune

response. Immunity 39:949

962

Belkaid Y (2007) Regulatory T cells and infection: a dangerous necessity. Nat Rev

Immunol 7:875

888

Bennett CL, Christie J, Ramsdell F, Brunkow ME, Ferguson PJ, Whitesell L, Kelly

TE, Saulsbury FT, Chance PF, Ochs HD (2001) The immune dysregulation,

polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked syndrome (IPEX) is caused by

mutations of FOXP3. Nat Genet 27:20

21

Bentley DR, Balasubramanian S, Swerdlow HP, Smith GP, Milton J, Brown CG,

Hall KP, Evers DJ, Barnes CL, Bignell HR et al (2008) Accurate whole

human genome sequencing using reversible terminator chemistry. Nature

456:53

59

Berberat PO, Katori M, Kaczmarek E, Anselmo D, Lassman C, Ke B, Shen X,

Busuttil RW, Yamashita K, Csizmadia E et al (2003) Heavy chain ferritin acts

as an antiapoptotic gene that protects livers from ischemia reperfusion injury.

FASEB J 17:1724

1726

Blankenhaus B, Braza F, Martins R, Bastos-Amador P, Gonzalez-Garcia I, Carlos

AR, Mahu I, Faisca P, Nunes JM, Ventura P et al (2019) Ferritin regulates

organismal energy balance and thermogenesis. Mol Metab 24:64

79

Bolger AM, Lohse M, Usadel B (2014) Trimmomatic: a

exible trimmer for

Illumina sequence data. Bioinformatics 30:2114

2120

Broxmeyer HE, Cooper S, Levi S, Arosio P (1991) Mutated recombinant human

heavy-chain ferritins and myelosuppression in vitro and in vivo: a link between

ferritin ferroxidase activity and biological function. Proc Natl Acad Sci USA

88:770

774

Brunkow ME, Jeffery EW, Hjerrild KA, Paeper B, Clark LB, Yasayko SA, Wilkinson

JE, Galas D, Ziegler SF, Ramsdell F (2001) Disruption of a new forkhead/

winged-helix protein, scur

n, results in the fatal lymphoproliferative disorder

of the scurfy mouse. Nat Genet 27:68

73

Campbell C, Rudensky A (2020) Roles of regulatory T cells in tissue

pathophysiology and metabolism. Cell Metab 31:18

25

Chapman NM, Boothby MR, Chi H (2020) Metabolic coordination of T cell

quiescence and activation. Nat Rev Immunol 20:55

70

Chen W, Jin W, Hardegen N, Lei KJ, Li L, Marinos N, McGrady G, Wahl SM

(2003) Conversion of peripheral CD4

+

CD25- naive T cells to CD4

+

CD25

+

regulatory T cells by TGF-beta induction of transcription factor Foxp3. J Exp

Med 198:1875

1886

Chora AA, Fontoura P, Cunha A, Pais TF, Cardoso S, Ho PP, Lee LY, Sobel RA,

Steinman L, Soares MP (2007) Heme oxygenase-1 and carbon monoxide

suppress autoimmune neuroin

ammation. J Clin Invest 117:438

447

Consonni FM, Bleve A, Totaro MG, Storto M, Kunderfranco P, Termanini A,

Pasqualini F, Ali C, Pandolfo C, Sgambelluri F et al (2021) Heme catabolism by

tumor-associated macrophages controls metastasis formation. Nat Immunol

22:595

606

Coutinho A, Salaün J, Corbel C, Bandeira A, Le Douarin N (1993) The role of

thymic epithelium in the establishment of transplantation tolerance. Immunol

Rev 133:225

240

Cuadrado E, van den Biggelaar M, de Kivit S, Chen YY, Slot M, Doubal I, Meijer A,

van Lier RAW, Borst J, Amsen D (2018) Proteomic analyses of human

regulatory T cells reveal adaptations in signaling pathways that protect

cellular identity. Immunity 48:1046

1059.e1046

Curiel TJ, Coukos G, Zou L, Alvarez X, Cheng P, Mottram P, Evdemon-Hogan M,

Conejo-Garcia JR, Zhang L, Burow M et al (2004) Speci

c recruitment of

regulatory T cells in ovarian carcinoma fosters immune privilege and predicts

reduced survival. Nat Med 10:942

949

Darshan D, Vanoaica L, Richman L, Beermann F, Kuhn LC (2009) Conditional

deletion of ferritin H in mice induces loss of iron storage and liver damage.

Hepatology 50:852

860

Demengeot J, Zelenay S, Moraes-Fontes MF, Caramalho I, Coutinho A (2006)

Regulatory T cells in microbial infection. Springer Semin Immunopathol

28:41

50

Dikiy S, Rudensky AY (2023) Principles of regulatory T cell function. Immunity

56:240

255

Duarte JH, Zelenay S, Bergman ML, Martins AC, Demengeot J (2009) Natural

Treg cells spontaneously differentiate into pathogenic helper cells in

lymphopenic conditions. Eur J Immunol 39:948

955

Duhen R, Glatigny S, Arbelaez CA, Blair TC, Oukka M, Bettelli E (2013) Cutting

edge: the pathogenicity of IFN-gamma-producing Th17 cells is independent of

T-bet. J Immunol 190:4478

4482

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1470

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

Etchegaray JP, Mostoslavsky R (2016) Interplay between metabolism and

epigenetics: a nuclear adaptation to environmental changes. Mol Cell

62:695

711

Ewels PA, Peltzer A, Fillinger S, Patel H, Alneberg J, Wilm A, Garcia MU, Di

Tommaso P, Nahnsen S (2020) The nf-core framework for community-

curated bioinformatics pipelines. Nat Biotechnol 38:276

278

Fendt SM, Bell EL, Keibler MA, Olenchock BA, Mayers JR, Wasylenko TM, Vokes

NI, Guarente L, Vander Heiden MG, Stephanopoulos G (2013) Reductive

glutamine metabolism is a function of the alpha-ketoglutarate to citrate ratio

in cells. Nat Commun 4:2236

Ferreira A, Balla J, Jeney V, Balla G, Soares MP (2008) A central role for free

heme in the pathogenesis of severe malaria: the missing link? J Mol Med

86:1097

1111

Fontenot JD, Gavin MA, Rudensky AY (2003) Foxp3 programs the

development and function of CD4

+

CD25

+

regulatory T cells. Nat

Immunol 4:330

336

Frost JN, Tan TK, Abbas M, Wideman SK, Bonadonna M, Stoffel NU, Wray K,

Kronsteiner B, Smits G, Campagna DR et al (2021) Hepcidin-mediated

hypoferremia disrupts immune responses to vaccination and infection.

Medicine 2:164

179.e112

Gao X, Song Y, Lu S, Hu L, Zheng M, Jia S, Zhao M (2022a) Insuf

cient iron

improves pristane-induced lupus by promoting treg cell expansion. Front

Immunol 13:799331

Gao X, Song Y, Wu J, Lu S, Min X, Liu L, Hu L, Zheng M, Du P, Yu Y et al (2022b)

Iron-dependent epigenetic modulation promotes pathogenic T cell

differentiation in lupus. J Clin Investig 132:e152345

Gavin MA, Rasmussen JP, Fontenot JD, Vasta V, Manganiello VC, Beavo JA,

Rudensky AY (2007) Foxp3-dependent programme of regulatory T-cell

differentiation. Nature 445:771

775

Gozzelino R, Andrade BB, Larsen R, Luz NF, Vanoaica L, Seixas E, Coutinho A,

Cardoso S, Rebelo S, Poli M et al (2012) Metabolic adaptation to tissue iron

overload confers tolerance to malaria. Cell Host Microbe 12:693

704

Gray CP, Franco AV, Arosio P, Hersey P (2001) Immunosuppressive effects of

melanoma-derived heavy-chain ferritin are dependent on stimulation of IL-10

production. Int J Cancer 92:843

850

Hentze MW, Caughman SW, Rouault TA, Barriocanal JG, Dancis A, Harford

JB, Klausner RD (1987) Identi

cation of the iron-responsive element

for the translational regulation of human ferritin mRNA. Science

238:1570

1573

Hill JA, Feuerer M, Tash K, Haxhinasto S, Perez J, Melamed R, Mathis D, Benoist

C (2007) Foxp3 transcription-factor-dependent and -independent regulation

of the regulatory T cell transcriptional signature. Immunity 27:786

800

Hisaeda H, Maekawa Y, Iwakawa D, Okada H, Himeno K, Kishihara K, Tsukumo S,

Yasutomo K (2004) Escape of malaria parasites from host immunity requires

CD4

+

CD25

+

regulatory T cells. Nat Med 10:29

30

Hori S, Nomura T, Sakaguchi S (2003) Control of regulatory T cell development

by the transcription factor Foxp3. Science 299:1057

1061

Hori S, Sakaguchi S (2004) Foxp3: a critical regulator of the development and

function of regulatory T cells. Microbes Infect/Institut Pasteur 6:745

751

Huang Y, Rao A (2014) Connections between TET proteins and aberrant DNA

modi

cation in cancer. Trends Genet 30:464

474

Hurrell BP, Helou DG, Howard E, Painter JD, Sha

ei-Jahani P, Sharpe AH, Akbari

O (2022) PD-L2 controls peripherally induced regulatory T cells by

maintaining metabolic activity and Foxp3 stability. Nat Commun 13:5118

Jiang Y, Li C, Wu Q, An P, Huang L, Wang J, Chen C, Chen X, Zhang F, Ma L et al

(2019) Iron-dependent histone 3 lysine 9 demethylation controls B cell

proliferation and humoral immune responses. Nat Commun 10:2935

Josefowicz SZ, Lu LF, Rudensky AY (2012) Regulatory T cells: mechanisms of

differentiation and function. Annu Rev Immunol 30:531

564

Kanamori M, Nakatsukasa H, Okada M, Lu Q, Yoshimura A (2016) Induced

regulatory T cells: their development, stability, and applications. Trends

Immunol 37:803

811

Kempkes RWM, Joosten I, Koenen H, He X (2019) Metabolic pathways involved

in regulatory T cell functionality. Front Immunol 10:2839

Kim D, Langmead B, Salzberg SL (2015) HISAT: a fast spliced aligner with low

memory requirements. Nature Methods 12:357

360

Klemm P, Rajendiran A, Fragoulis A, Wruck C, Schippers A, Wagner N, Bopp T,

Tenbrock K, Ohl K (2020) Nrf2 expression driven by Foxp3 speci

c deletion

of Keap1 results in loss of immune tolerance in mice. Eur J Immunol

50:515

524

Kohli RM, Zhang Y (2013) TET enzymes, TDG and the dynamics of DNA

demethylation. Nature 502:472

479

Kohm AP, Carpentier PA, Anger HA, Miller SD (2002) Cutting edge:

CD4

+

CD25

+

regulatory T cells suppress antigen-speci

c autoreactive

immune responses and central nervous system in

ammation during active

experimental autoimmune encephalomyelitis. J Immunol 169:4712

4716

Kolberg L, Raudvere U, Kuzmin I, Adler P, Vilo J, Peterson H (2023) g:Pro

ler

interoperable web service for functional enrichment analysis and gene

identi

er mapping (2023 update). Nucleic Acids Res 51:W207

W212

Komatsu N, Mariotti-Ferrandiz ME, Wang Y, Malissen B, Waldmann H, Hori S

(2009) Heterogeneity of natural Foxp3

+

T cells: a committed regulatory

T-cell lineage and an uncommitted minor population retaining plasticity. Proc

Natl Acad Sci USA 106:1903

1908

Komatsu N, Okamoto K, Sawa S, Nakashima T, Oh-hora M, Kodama T, Tanaka S,

Bluestone JA, Takayanagi H (2014) Pathogenic conversion of Foxp3

+

T cells

into TH17 cells in autoimmune arthritis. Nat Med 20:62

68

Kurup SP, Obeng-Adjei N, Anthony SM, Traore B, Doumbo OK, Butler NS,

Crompton PD, Harty JT (2017) Regulatory T cells impede acute and long-term

immunity to blood-stage malaria through CTLA-4. Nat Med 23:1220

1225

Lafaille JJ, Nagashima K, Katsuki M, Tonegawa S (1994) High incidence of

spontaneous autoimmune encephalomyelitis in immunode

cient anti-myelin

basic protein T cell receptor transgenic mice. Cell 78:399

408

Lee HM, Bautista JL, Scott-Browne J, Mohan JF, Hsieh CS (2012) A broad range of

self-reactivity drives thymic regulatory T cell selection to limit responses to

self. Immunity 37:475

486

Liu C, Workman CJ, Vignali DA (2016) Targeting regulatory T cells in tumors.

FEBS J 283:2731

2748

Liu K, Wang H, Long Y, Ye J, Yuan L (2012) Coordinate lentiviral expression of

Cre recombinase and RFP/EGFP mediated by FMDV 2A and analysis of Cre

activity. J Cell Biochem 113:2909

2919

Love MI, Huber W, Anders S (2014) Moderated estimation of fold change and

dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biol 15:550

Medzhitov R, Schneider D, Soares M (2012) Disease tolerance as a defense

strategy. Science 335:936

941

Meyron-Holtz EG, Ghosh MC, Iwai K, LaVaute T, Brazzolotto X, Berger UV, Land

W, Ollivierre-Wilson H, Grinberg A, Love P et al (2004) Genetic ablations of

iron regulatory proteins 1 and 2 reveal why iron regulatory protein 2 dominates

iron homeostasis. EMBO J 23:386

395

Miyao T, Floess S, Setoguchi R, Luche H, Fehling HJ, Waldmann H, Huehn J, Hori

S (2012) Plasticity of Foxp3(

+

) T cells re

ects promiscuous Foxp3 expression

in conventional T cells but not reprogramming of regulatory T cells. Immunity

36:262

275

Morikawa H, Ohkura N, Vandenbon A, Itoh M, Nagao-Sato S, Kawaji H, Lassmann

T, Carninci P, Hayashizaki Y, Forrest AR et al (2014) Differential roles of

epigenetic changes and Foxp3 expression in regulatory T cell-speci

c

transcriptional regulation. Proc Natl Acad Sci USA 111:5289

5294

Muckenthaler MU, Rivella S, Hentze MW, Galy B (2017) A red carpet for iron

metabolism. Cell 168:344

361

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1471

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

Nakatsukasa H, Oda M, Yin J, Chikuma S, Ito M, Koga-Iizuka M, Someya K,

Kitagawa Y, Ohkura N, Sakaguchi S et al (2019) Loss of TET proteins in

regulatory T cells promotes abnormal proliferation, Foxp3 destabilization and

IL-17 expression. Int Immunol 31:335

347

Niu Y, DesMarais TL, Tong Z, Yao Y, Costa M (2015) Oxidative stress alters

global histone modi

cation and DNA methylation. Free Radic Biol Med

82:22

28

Oexle H, Gnaiger E, Weiss G (1999) Iron-dependent changes in cellular energy

metabolism: in

uence on citric acid cycle and oxidative phosphorylation.

Biochim Biophys Acta 1413:99

107

Ohkura N, Hamaguchi M, Morikawa H, Sugimura K, Tanaka A, Ito Y, Osaki M,

Tanaka Y, Yamashita R, Nakano N et al (2012) T cell receptor stimulation-

induced epigenetic changes and Foxp3 expression are independent and

complementary events required for Treg cell development. Immunity

37:785

799

Panduro M, Benoist C, Mathis D (2016) Tissue Tregs. Annu Rev Immunol

34:609

633

Pastor WA, Aravind L, Rao A (2013) TETonic shift: biological roles of TET

proteins in DNA demethylation and transcription. Nat Rev Mol Cell Biol

14:341

356

Pham CG, Bubici C, Zazzeroni F, Papa S, Jones J, Alvarez K, Jayawardena S, De

Smaele E, Cong R, Beaumont C et al (2004) Ferritin heavy chain upregulation

by NF-kappaB inhibits TNFalpha-induced apoptosis by suppressing reactive

oxygen species. Cell 119:529

542

Powrie F, Mason D (1990) OX-22high CD4

+

T cells induce wasting disease with

multiple organ pathology: prevention by the OX-22low subset. J Exp Med

172:1701

1708

Quiros PM, Goyal A, Jha P, Auwerx J (2017) Analysis of mtDNA/nDNA ratio in

mice. Curr Protoc Mouse Biol 7:47

54

R Development Core Team (2014) R: A Language and Environment for Statistical

Computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria

Ramos S, Ademolue TW, Jentho E, Wu Q, Guerra J, Martins R, Pires G, Weis S,

Carlos AR, Mahú I et al (2022) A hypometabolic defense strategy against

malaria. Cell Metab 34:1183

1200.e12

Ramos S, Carlos AR, Sundaram B, Jeney V, Ribeiro A, Gozzelino R, Bank C, Gjini E,

Braza F, Martins R et al (2019) Renal control of disease tolerance to malaria.

Proc Natl Acad Sci USA 116:5681

5686

Reece SE, Thompson J (2008) Transformation of the rodent malaria parasite

Plasmodium chabaudi and generation of a stable

uorescent line PcGFPCON.

Malaria Journal 7:183

Richter S, Gieldon L, Pang Y, Peitzsch M, Huynh T, Leton R, Viana B, Ercolino T,

Mangelis A, Rapizzi E et al (2019) Metabolome-guided genomics to identify

pathogenic variants in isocitrate dehydrogenase, fumarate hydratase, and

succinate dehydrogenase genes in pheochromocytoma and paraganglioma.

Genet Med 21:705

717

Rouault TA, Hentze MW, Caughman SW, Harford JB, Klausner RD (1988) Binding

of a cytosolic protein to the iron-responsive element of human ferritin

messenger RNA. Science 241:1207

1210

Sakaguchi S, Sakaguchi N, Asano M, Itoh M, Toda M (1995) Immunologic self-

tolerance maintained by activated T cells expressing IL-2 receptor alpha-

chains (CD25). Breakdown of a single mechanism of self-tolerance causes

various autoimmune diseases. J Immunol 155:1151

1164

Sakaguchi S, Takahashi T, Nishizuka Y (1982) Study on cellular events in post-

thymectomy autoimmune oophoritis in mice. II. Requirement of Lyt-1 cells in

normal female mice for the prevention of oophoritis. J Exp Med 156:1577

1586

Schneider C, Rasband W, Eliceiri K (2012) NIH Image to ImageJ: 25 years of

image analysis. Nat Methods 9:671

675

Seixas E, Gozzelino R, Chora A, Ferreira A, Silva G, Larsen R, Rebelo S, Penido C,

Smith NR, Coutinho A et al (2009) Heme oxygenase-1 affords protection

against noncerebral forms of severe malaria. Proc Natl Acad Sci USA

106:15837

15842

Shi H, Chi H (2019) Metabolic control of treg cell stability, plasticity, and tissue-

speci

c heterogeneity. Front Immunol 10:2716

Soares MP, Teixeira L, Moita LF (2017) Disease tolerance and immunity in host

protection against infection. Nat Rev Immunol 17:83

96

Stearns SC, Medzhitov R (2015) Evolutionary medicine. Oxford University Press

Suzuki T, Komatsu T, Shibata H, Tanioka A, Vargas D, Kawabata-Iwakawa R,

Miura F, Masuda S, Hayashi M, Tanimura-Inagaki K et al (2023) Crucial role

of iron in epigenetic rewriting during adipocyte differentiation mediated by

JMJD1A and TET2 activity. Nucleic Acids Res 51:6120

6142

Teh MR, Frost JN, Armitage AE, Drakesmith H (2021) Analysis of iron and iron-

interacting protein dynamics during T-cell activation. Front Immunol 12:714613

Vanoaica L, Richman L, Jaworski M, Darshan D, Luther SA, Kuhn LC (2014)

Conditional deletion of ferritin h in mice reduces B and T lymphocyte

populations. PLoS ONE 9:e89270

Voss K, Sewell AE, Krysto

ak ES, Gibson-Corley KN, Young AC, Basham JH,

Sugiura A, Arner EN, Beavers WN, Kunkle DE et al (2023) Elevated transferrin

receptor impairs T cell metabolism and function in systemic lupus

erythematosus. Sci Immunol 8:eabq0178

Walther M, Tongren JE, Andrews L, Korbel D, King E, Fletcher H, Andersen RF,

Bejon P, Thompson F, Dunachie SJ et al (2005) Upregulation of TGF-beta,

FOXP3, and CD4

+

CD25

+

regulatory T cells correlates with more rapid

parasite growth in human malaria infection. Immunity 23:287

296

Wang HQ, Tuominen LK, Tsai CJ (2011) SLIM: a sliding linear model for

estimating the proportion of true null hypotheses in datasets with dependence

structures. Bioinformatics 27:225

231

Wang Z, Yin W, Zhu L, Li J, Yao Y, Chen F, Sun M, Zhang J, Shen N, Song Y et al

(2018) Iron drives T helper cell pathogenicity by promoting RNA-binding

protein PCBP1-mediated proin

ammatory cytokine production. Immunity

49:80

92.e87

Weinberg SE, Singer BD, Steinert EM, Martinez CA, Mehta MM, Martinez-Reyes

I, Gao P, Helmin KA, Abdala-Valencia H, Sena LA et al (2019) Mitochondrial

complex III is essential for suppressive function of regulatory T cells. Nature

565:495

499

Weis S, Carlos AR, Moita MR, Singh S, Blankenhaus B, Cardoso S, Larsen R,

Rebelo S, Schäuble S, Del Barrio L et al (2017) Metabolic adaptation

establishes disease tolerance to sepsis. Cell 169:1263

1275

Weiss JM, Bilate AM, Gobert M, Ding Y, Curotto de Lafaille MA, Parkhurst CN,

Xiong H, Dolpady J, Frey AB, Ruocco MG et al (2012) Neuropilin 1 is expressed

on thymus-derived natural regulatory T cells, but not mucosa-generated

induced Foxp3

+

T reg cells. J Exp Med 209:1723

1742. S1721

Wideman SK, Frost JN, Richter FC, Naylor C, Lopes JM, Viveiros N, Teh MR,

Preston AE, White N, Yusuf S et al (2023) Cellular iron governs the host

response to malaria. PLoS Pathog 19:e1011679

Wienert B, Funnell AP, Norton LJ, Pearson RC, Wilkinson-White LE, Lester K,

Vadolas J, Porteus MH, Matthews JM, Quinlan KG et al (2015) Editing the

genome to introduce a bene

cial naturally occurring mutation associated with

increased fetal globin. Nat Commun 6:7085

Williams LM, Rudensky AY (2007) Maintenance of the Foxp3-dependent

developmental program in mature regulatory T cells requires continued

expression of Foxp3. Nat Immunol 8:277

284

Wu KJ, Polack A, Dalla-Favera R (1999) Coordinated regulation of iron-controlling

genes, H-ferritin and IRP2, by c-MYC. Science 283:676

679

Wu Q, Sacomboio E, Valente de Souza L, Martins R, Kitoko J, Cardoso S,

Ademolue TW, Paixao T, Lehtimaki J, Figueiredo A et al (2023) Renal control

of life-threatening malarial anemia. Cell Rep 42:112057

Wu X, Zhang Y (2017) TET-mediated active DNA demethylation: mechanism,

function and beyond. Nat Rev Genet 18:517

534

The EMBO Journal

Qian Wu et al

1472

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

Xu M, Pokrovskii M, Ding Y, Yi R, Au C, Harrison OJ, Galan C, Belkaid Y, Bonneau

R, Littman DR (2018) c-MAF-dependent regulatory T cells mediate

immunological tolerance to a gut pathobiont. Nature 554:373

377

Yadav M, Louvet C, Davini D, Gardner JM, Martinez-Llordella M, Bailey-Bucktrout

S, Anthony BA, Sverdrup FM, Head R, Kuster DJ et al (2012) Neuropilin-1

distinguishes natural and inducible regulatory T cells among regulatory T cell

subsets in vivo. J Exp Med 209:1713

1722. S1711-1719

Ye J, Coulouris G, Zaretskaya I, Cutcutache I, Rozen S, Madden TL (2012) Primer-

BLAST: A tool to design target-speci

c primers for polymerase chain reaction.

BMC Bioinforma 13:134

Yue X, Lio CJ, Samaniego-Castruita D, Li X, Rao A (2019) Loss of TET2 and TET3

in regulatory T cells unleashes effector function. Nat Commun 10:2011

Yue X, Trifari S, Aijo T, Tsagaratou A, Pastor WA, Zepeda-Martinez JA, Lio CW,

Li X, Huang Y, Vijayanand P et al (2016) Control of Foxp3 stability through

modulation of TET activity. J Exp Med 213:377

397

Zheng Y, Josefowicz S, Chaudhry A, Peng XP, Forbush K, Rudensky AY (2010)

Role of conserved non-coding DNA elements in the Foxp3 gene in regulatory

T-cell fate. Nature 463:808

812

Zhou X, Bailey-Bucktrout SL, Jeker LT, Penaranda C, Martinez-Llordella M, Ashby

M, Nakayama M, Rosenthal W, Bluestone JA (2009) Instability of the

transcription factor Foxp3 leads to the generation of pathogenic memory

T cells in vivo. Nat Immunol 10:1000

1007

Zhou X, Jeker LT, Fife BT, Zhu S, Anderson MS, McManus MT, Bluestone JA

(2008) Selective miRNA disruption in T reg cells leads to uncontrolled

autoimmunity. J Exp Med 205:1983

1991

Zhu L, Li G, Liang Z, Qi T, Deng K, Yu J, Peng Y, Zheng J, Song Y, Chang X (2023)

Microbiota-assisted iron uptake promotes immune tolerance in the intestine.

Nat Commun 14:2790

Acknowledgements

The authors are indebted to the excellent core facilities of the Instituto

Gulbenkian de Ciência. QW was supported by the Marie Sk

ł

odowska-Curie

Research Fellowship (RIGM 892773), the International Postdoctoral Exchange

Fellowship Program from the People´s Republic of China (20190090), and the

National Natural Science Foundation of China (32171166, 82030003). FB was

supported by Marie Sk

ł

odowska-Curie Research Fellowship (REGDAM 707998),

ARC by Fundação para a Ciência e Tecnologia, Portugal (FCT; SFRH/BPD/

101608/2014 and CEECIND/01589/2017), JZK by FCT (2022.08590.PTDC) and

Human Frontier Science Program fellowship (LT0043/2022-L), RM by EMBO

long-term fellowship (ALTF290-2017) and Marie Sk

ł

odowska-Curie Research

Fellowship (BILITOLERANCE 753236), BSPO by Calouste Gulbenkian

Foundation, VCM by Calouste Gulbenkian Foundation, FCT (PTDC/MED-IMU/

3649/2021 and CEECIND/03106/2018), and La Caixa Foundation (LCF/PR/

HR22/52420023). MLB by FCT (283/BI/15; UID/Multi/04555/2013), JAT by

ESCMID Research Grant and FCT (SFRH/BPD/112135/2015), SW by DFG

Excellence Cluster EXS 2051 and CSCC, Jena University Hospital (BMBF

01EO1502), MF by Spanish Agencia Estatal de Investigación (PID2019-

105739GB-I00), JD by Calouste Gulbenkian foundation, DA, MS, and SR by the

Landsteiner Foundation for Blood Cell Research (LSBR 1818), MPS by Calouste

Gulbenkian Foundation,

La Caixa

/FCT (HR18-00502), Bill & Melinda Gates

Foundation (OPP1148170) and FCT (5723/2014 and FEDER029411). Methylome

analyzes was supported by SymbNET-Genomics and Metabolomics in a Host-

Microbe Symbiosis Network Project (Horizon 2020 Framework Programme

(H2020) - 952537). Mouse experiments were supported by FCT/Lisboa2020/

Por2020/ERDF (CONGENTO LISBOA-01-0145-FEDER-022170). Cell sorting and

ow cytometry analysis of mouse-derived cells was performed at IGC Flow

Cytometry Unit, and histology was performed at the Histopathology Unit. RNA

sequencing was performed at the IGC Genomics Unit.

Author contributions

Qian Wu

: Conceptualization; Resources; Data curation; Formal analysis; Funding

acquisition; Validation; Investigation; Methodology; Writing

review and editing.

Ana Rita Carlos

: Conceptualization; Resources; Data curation; Formal analysis;

Funding acquisition; Validation; Investigation; Methodology; Writing

review and

editing.

Faouzi Braza

: Conceptualization; Data curation; Formal analysis;

Investigation; Visualization; Methodology.

Marie-Louise Bergman

: Formal analysis;

Investigation; Methodology.

Jamil Z Kitoko

: Formal analysis; Methodology.

Patricia Bastos-Amador

: Conceptualization; Formal analysis; Investigation;

Methodology.

Eloy Cuadrado

: Formal analysis; Investigation; Methodology.

Rui

Martins

: Software; Formal analysis; Investigation; Visualization; Methodology.

Bruna Sabino Oliveira

: Data curation; Investigation; Methodology.

Vera C Martins

:

Data curation; Formal analysis; Investigation; Methodology; Writing

review and

editing.

Brendon P Scicluna

: Software; Formal analysis; Visualization;

Methodology.

Jonathan JM Landry

: Software; Formal analysis; Visualization;

Methodology.

Ferris E Jung

: Software; Formal analysis; Investigation.

Temitope W

Ademolue

: Data curation; Investigation; Methodology.

Mirko Peitzsch

: Software;

Formal analysis; Investigation; Methodology.

Jose Almeida-Santos

: Data curation;

Investigation; Methodology.

Jessica Thompson

: Formal analysis; Investigation;

Methodology.

Silvia Cardoso

: Resources; Methodology.

Pedro Ventura

: Data

curation; Investigation; Methodology.

Manon Slot

: Data curation; Investigation;

Methodology.

Stamatia Rontogianni

: Data curation; Investigation; Methodology.

Vanessa Ribeiro

: Data curation; Investigation; Methodology.

Vital Da Silva

Domingues

: Data curation; Investigation; Methodology.

Inês A Cabral

: Data

curation; Investigation; Methodology.

Sebastian Weis

: Data curation; Software;

Investigation; Methodology.

Marco Groth

: Software; Formal analysis; Investigation;

Methodology.

Cristina Ameneiro

: Data curation; Investigation; Methodology.

Miguel Fidalgo

: Data curation; Formal analysis; Investigation; Methodology.

Fudi

Wang

: Resources.

Jocelyne Demengeot

: Conceptualization; Writing

review and

editing.

Derk Amsen

: Data curation; Formal analysis; Investigation; Methodology.

Miguel P Soares

: Conceptualization; Resources; Data curation; Formal analysis;

Supervision; Funding acquisition; Validation; Visualization; Writing

original draft;

Project administration; Writing

review and editing.

Disclosure and competing interests statement

MPS is a consultant to the New York Blood Center (NYBC), NYC, USA. The

remaining authors declare no competing interests.

Open Access

This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0

International License, which permits use, sharing, adaptation, distribution and

reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to

the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons

licence, and indicate if changes were made. The images or other third party

material in this article are included in the article

s Creative Commons licence,

unless indicated otherwise in a credit line to the material. If material is not

included in the article

s Creative Commons licence and your intended use is not

permitted by statutory regulation or exceeds the permitted use, you will need to

obtain permission directly from the copyright holder. To view a copy of this

licence, visit

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Creative Com-

mons Public Domain Dedication waiver

http://creativecommons.org/public-

domain/zero/1.0/

applies to the data associated with this article, unless

otherwise stated in a credit line to the data, but does not extend to the graphical

or creative elements of illustrations, charts, or

gures. This waiver removes legal

barriers to the re-use and mining of research data. According to standard

scholarly practice, it is recommended to provide appropriate citation and

attribution whenever technically possible.

© The Author(s) 2024

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

1473

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

Expanded View Figures

Figure EV1.

FTH expression in T

REG

cells alters systemic iron metabolism.

(

A

) Schematic representation of experimental approach (left panel) and relative quanti

cation of

Fth

mRNA, by qRT-PCR, normalized to

Arbp0

mRNA (right panel), of

(CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells sorted from mesenteric lymph nodes (MLN). Data from

N

=

3 mice per genotype. (

B

) Schematic representation of experimental approach used for

relative quanti

cation of intracellular Fe

2

+

in (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells in mesenteric lymph nodes (MLN), using the FeRhoNox

-1 probe (left panel). Representative

ow

cytometry histograms (middle panel) and relative quanti

cation (right panel) of mean

uorescence of intracellular Fe

2

+

intensity (MFI)

N

=

3 mice per genotype. (

C

)

Schematic representation of experimental approach (left panel), representative

ow cytometry dot plots (middle panel) and corresponding quanti

cation of percentage

(%) and cell number (Nbr.) (right panels) of live splenic follicular (CD4

+

GFP

+

CXCR5

+

PD1

+

) FT

REG

cells. Data from

N

=

4 mice per genotype, from one experiment. (

D

,

E

)

Representative

ow cytometry dot plots (left panels) and number (right panel) of live activated (CD4

+

CD44

high

CD62L

low

) and (CD8

+

CD44

high

CD62L

low

) T cells in the

spleen (

D

) and MLN (

E

). Data from

N

=

6

8 mice per genotype, pooled from four independent experiments, with similar trend. (

F

,

G

) Representative

ow cytometry dot

plots (left panels) and percentage (%) (right panel) of live activated (CD3

+

CD4

+

Foxp3

IFN-

γ

+

; T

H

1) T

H

1 and (CD3

+

CD8

+

Foxp3

IFN-

γ

+

) T

C

in the spleen (

F

) and MLN (

G

).

Data representative of

N

=

5 mice per genotype, pooled from two independent experiments, with similar trend. Data information: Data in (

A

G

) represented as mean ± SD,

circles in (

A

,

C

G

) correspond to individual mice and red bars to mean values.

P

values in (

A

C

) calculated using unpaired

t

test with Welch

s correction, and in (

D

G

)

using two-way ANOVA with Sidak

s multiple comparison test. *

P

< 0.05, **

P

< 0.01, ***

P

< 0.001, ****

P

< 0.0001. Source data are available online for this

gure.

The EMBO Journal

Qian Wu et al

EV1

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

A

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

***

0

0.05

0.1

0.15

Fth

/

Arbp0

 mRNA

0

1

2

3

Fe

2+ 

(MFIx1

0

3

)

*

10

5

10

4

0 10

3

100

80
60
40
20

0

FeRhoNox™-1

Events (%)

MLN

MLN

MLN

T

REG

 cell 

(

GFP

+

)

 

FeRhoNox™-1

Foxp3

GFP

MLN

T

REG

 cell 

(

GFP

+

)

 

qRT-PCR

Sorting

Foxp3

GFP-Fth

''

17,3%

1,03%

2,62%

0,18%

5,1%

13,4%

CD44

CD62L(CD4

+

)

11,1%

22%

D

E

F

9,88%

0,63%

23,4%

0,50%

IL-17A

CD62L(CD8

+

)

CD44

10,8%

3,6%

5,8%

2,4%

4

D

C(

L

2

6

D

C

+

)

8

D

C(

L

2

6

D

C

+

)

IFN

J

(CD4

+

)

IFN

J

(CD8

+

)

G

9,25%

0,08%

1,61%

0,26%

14,0%

0,17%

4,19%

0,38%

N

FI

J

4

D

C(

+

)

N

FI

J

8

D

C(

+

)

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

0

1

2

3

4

CD

4

4

high

CD62L

low 

(x10

6

)

CD8

+

**** ****

0

2

4

6

CD8

+

****

***

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

IL-17A

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

0

10

20

30

IFN

J

+

 Cells 

(%)

0

5

10

15

20

**** ****

****

**

IFN

J

+

 Cells 

(%)

Fth

fl/fl

CD4

+

(Foxp3

-

)

CD4

+

(Foxp3

-

)

CD8

+

CD8

+

CD4

+

(Foxp3

-

)

CD4

+

(Foxp3

-

)

Spleen

T

H

 & T

C

activation

MLN

Spleen

MLN

T

H

 & T

C

activation

T

H

 & T

C

(IFN

J

/IL-17)

T

H

 & T

C

(IFN

J

/IL-17)

CD

4

4

high

CD62L

low 

(x10

5

)

B

Foxp3

GFP-Fth∆/∆

 

Fth

fl/fl

Foxp3

GFP-Fth∆/∆

 

Fth

fl/fl

Foxp3

GFP-Fth∆/∆

 

Fth

fl/fl

Foxp3

GFP-Fth∆/∆

 

Spleen

gate: PD1

+

CXCR5

+

C

10

4

10

5

10

3

10

2

10

1

10

0

CD4

10

5

10

4

0

10

6

10

3

GFP

44,3%

24,4%

0

20

40

60

0

2

4

6

8

10

CXCR5

+

PD1

+

CD4

+

GFP

+

 (%)

***

*

10

5

10

4

0

10

6

10

3

Gated on FT

REG

 

 

(PD1

+

CXCR5

+

)

Nbr. CXCR5

+

PD1

+

CD4

+

GFP

+

 (

x10

5

)

Fth

fl/fl

Foxp3

GFP-Fth∆/∆

 

CD4

+

GFP

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

EV2

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

A

B

T

H

 cell activation

Fold Expression (log

2

)

−1

0

1

2

IcoslIl12rb1

Il4 Tbx21

Cd247

Gata3

Il17rbIl10 Il12rb2

Irf1 Psen1H

avcr2

Cd4 J

ak2

Icos Il1

rl

1

Il18r1Stat1N

fatc2

Pik3c2a

Cd40lg

Il10

ra

N

fatc1

C

rl

f2

Ccr3Icam1Ccr8Ccr4Cxcr6Cxcr3

Ifng

Maf Nfil3Il2rb

Runx3

Cd8

0

Ccr5

Foxp3

GFP-Fth

''

0

20

40

60

80

CD

4

+

Fo

x

p

3

+

CD

4

4

h

igh

CD

62

L

low

(%

)

*

*

Foxp3

10

5

10

4

10

3

0

-10

3

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

1,52%

5,05%

0

2

4

6

8

IFN-

J

+

Foxp3

+

 (

%

)

***

CD4

+

Foxp3

+

(

GFP

+

)

RNAseq

C

Spleen

CD4

+

Foxp3

+

IFN

J

+

IFN

J

Foxp3

GFP-Fth

''

E

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Spleen

MLN

MLN & Spleen

CD4

+

Foxp3

CD44

+

CD62L

+

Foxp3

GFP-Fth

''

Fth

fl/fl

Fth

fl/fl

Fth

fl/fl

Fth

fl/fl

Foxp3

GFP-Fth

''

Liver

Lung

Kidney

Colon

Pancreas

1.25x

1.25x

1.25x

1.25x

1.25x

10x

10x

10x

10x

D

10

3

10

4

10

5

Cell Tracker Violet 

8

4

2

1

0

50

100

150

Inhibition of

T

N

 Proliferation (%)

T

per

 T

REG

NS

NS

8/1

4/1

2/1

1/1

8/1

4/1

2/1

1/1

T

REG

/T

N

NS

NS

T

CONV

 cell division

T

REG

/T

N

Foxp3

GFP-Fth

''

Foxp3

GFP

MLN

T

REG

(

GFP

+

)

Sorting

D

CD3/28

+IL-2

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

T

CONV

 cell

proliferation

Sorting

The EMBO Journal

Qian Wu et al

EV3

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

Figure EV2.

FTH expression in T

REG

cells prevents systemic cellular in

ammation.

(

A

) Schematic representation of experimental approach (left panel) for (CD4

+

CD25

+

GFP

+

) T

REG

cell sorting from the mesenteric lymph nodes (MLN) and coculture with

conventional activated T cells (

α

CD3/28

+

IL-2) to evaluate suppressive function of T

REG

cells. Representative

ow cytometry proliferation histograms (Cell Tracer Violet)

of in vitro suppression assay of mouse T

N

by different ratios of T

REG

cells (middle panel). Inhibition of T

N

cell proliferation quanti

ed as percentage of undivided cells (right

panel). Data from 1 out of 3 representative experiments, with similar trend. (

B

) Representative images of H&E-stained liver, lung, kidney, colon, and pancreas from

N

=

3

4

mice per genotype at 27

31 weeks after birth. (

C

) Schematic representation of the experimental approach (left panel) used to generate the Heatmap (right panel) of

individual genes associated with T

H

effector function programs, differentially expressed in (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells sorted from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

vs.

Foxp3

GFP

mice (same

experiment as Fig.

2

A,B). (

D

) Schematic representation of the experimental approach used (left panel) to evaluate the percentage (right panel) of

(CD4

+

Foxp3

+

CD44

high

CD62L

low

) activated T

REG

cells in the MLN and spleen. Data from

N

=

7

8 mice per genotype, pooled from three independent experiments, with

similar trend. (

E

) Schematic representation of the experimental approach used (top panel), representative

ow cytometry dot plots (bottom left panel) and percentage

(bottom right panel) of splenic (CD4

+

Foxp3

+

) IFN

γ

-secreting T

REG

. Data from

N

=

5 mice per genotype, pooled from two independent experiments, with similar trend. Data

information: Data in (

A

,

D

,

E

) represented as mean ± SD. Circles in (

A

) represent individual wells, and red bars are mean values. Circles in (

D

,

E

) represent individual mice,

and red bars are mean values.

P

values in (

A

,

D

) calculated using Two-way ANOVA with Sidak

s multiple comparison test and in (

E

) using unpaired

t

test with Welch

s

correction. NS not signi

cant (

P

> 0.05), *

P

< 0.05; ***

P

< 0.001. Source data are available online for this

gure.

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

EV4

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

B

0

10 10

0

10 10

10³

10

10

10

0

10

10³

10

10

10

0

10

CD71

Ki67

T

REG

ex-T

REG

0

20

40

60

80

*

*

Lo

re

m

21,1%

47,4%

59,6%

32,1%

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

*

Fth/Arbp

0

mRN

A

C

D

**

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

(%)

Ki67

+

CD71

+

4

8

12

IFN

J

MF

I

(x

1

0

3

)

0

LN

Spleen

***

***

*

*

T

REG

A

tdT

GFP

Week

7

Week

9

Week

11

Week

15

Week

2

4

6,89%

1,83%

5,83%

2,19%

7,15%

1,77%

6,08%

1,79%

5,26%

1,42%

2,70%

2,77%

5,83%

2,17%

3,48%

3,48%

4,30%

3,56%

2,77%

2,64%

3,04%

3,25%

Week

2

Week

4

5,39%

1,2%

4,27%

1,65%

5,01%

1,37%

4,95%

1,61%

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Week

19

10

5

10

4

10

3

0

0

10

3

10

4

10

5

0

10

3

10

4

10

5

0

10

3

10

4

10

5

0

10

3

10

4

10

5

0

10

3

10

4

10

5

0

10

3

10

4

10

5

0

10

3

10

4

10

5

0

10

3

10

4

10

5

10

2

10

5

10

4

10

3

0

10

2

Spleen

1

2

3

CD71

M

F

I

(x10

4

)

0

LN

Spleen

E

F

Thymus

CD4

+

CD8

-

CD8

+

CD4

-

Foxp3

+

CD45.2

CD45.1

0

10³

10

10

-10³

10

-10

-10

0 10

10

-10

0 10

10

-10

0 10

10

-10

0 10

10

-10

0 10

10

83,7%

16,2%

52,9%

46,6%

42,4%

55,6%

52,9%

47,1%

77,8%

21,9%

34,2%

64,5%

38,3%

61,2%

34,3%

64,7%

35,1%

63,5%

48,8%

51,2%

0

10³

10

10

-10³

10

-10

CD4

+

CD8

+

CD4

-

CD8

-

0

40

80

120

CD45.1

CD45.2

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Chimerism

(%

)

G

Thymus

CD4

+

CD8

-

CD 8

+

CD4

-

Foxp3

+

CD4

+

CD8

+

CD4

-

CD8

-

NS

NS

NS

NS

ex-T

REG

T

REG

ex-T

REG

T

REG

ex-T

REG

T

REG

ex-T

REG

T

REG

ex-T

REG

T

REG

ex-T

REG

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

3,12%

3,5%

NS

NS

NS

NS

NS

NS

NS

NS

NS

NS

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

LN

The EMBO Journal

Qian Wu et al

EV5

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

Figure EV3.

FTH expression in T

REG

cells prevents T

REG

transdifferentiation into in

ammatory T

REG

cells.

(

A

) Representative

ow cytometry dot plots of GFP and tdT expression in circulating CD4

+

cells (same experiment as Fig.

3

A

D). Numbers in quadrants correspond to

percentages of positive cells at the indicated weeks after birth. (

B

) Relative quanti

cation of

Fth

mRNA, by qRT-PCR, normalized to

Arbp0

mRNA, in (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

and (CD4

+

GFP

-

tdT

+

) ex-T

REG

cells sorted from the lymph nodes (LN). Data from

N

=

5

7 mice per genotype, pooled from two experiments with similar trend. (

C

) Mean

uorescence intensity (MFI) of IFN

γ

in activated (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

cells and (CD4

+

GFP

-

tdT

+

) ex-T

REG

from the lymph nodes (LN) and spleen in the same experiment as

(Fig.

3

H). Data from

N

=

3 wells per genotype in one experiment, representative of 2 independent experiments with similar trend. (

D

) Representative

ow cytometry dot

plots (left panel) and corresponding percentage of Ki67

+

CD71

+

(right panel) among splenic (CD4

+

GFP

+

TdT

+

) T

REG

cells and (CD4

+

GFP

-

TdT

+

) ex-T

REG

cells. Data from

N

=

6 mice per genotype, pooled from two independent experiments, with similar trend. (

E

) Mean

uorescence intensity (MFI) of CD71 expression in Ki67

+

T

REG

and ex-T

REG

cells from the lymph nodes (LN) and spleen, from the same experiments as in (

D

). (

F

) Representative

ow cytometry dot plots and (

G

) corresponding percentages of

CD45.1

+

and CD45.2

+

double negative (DN), double positive (DP) thymocytes, T

H

cells, cytotoxic T cells and (CD4

+

Foxp3

+

) T

REG

cells in the thymus from the same BM

chimeric mice illustrated in (Fig.

4

A

G). Data from

N

=

11

12 mice

per

genotype, pooled from two independent experiments with similar trend. Data information: Data in

(

B

E

,

G

) are presented as mean ± SD, circles in (

B

,

D

,

E

) correspond to individual mice or individual wells (

C

) and red bars are mean values.

P

values in Panel (

B

E

,

G

) were

calculated using two-way ANOVA with Sidak

s multiple comparison test. NS not signi

cant (

P

> 0.05), *

P

< 0.05; **

P

< 0.01; ***

P

< 0.001. Source data are available online

for this

gure.

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

EV6

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

17,3%

5,71%

8,02%

1,71%

A

Rag2

-/-

CD45.2

+

C57BL/6

50%

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

50%

Lymph Nodes

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

4

D

C(

L

2

6

D

C

+

)

8

D

C(

L

2

6

D

C

+

)

B

C

D

E

BM

CD44

10

3

10

4

10

5

10

2

10

6

10

3

10

4

10

5

10

2

10

6

-10

3

10

5

10

4

10

3

0

-10

3

10

5

10

4

10

3

0

0

0.05

0.1

0.15

Fth/Arbp0

 mRNA

***

tdT

GFP

0

-10³

10³ 10

10

0

-10³

10³ 10 10

-10²

0

10²

10³

Post-

Sorting

Pre-

Sorting

T

REG 

cells

(

GFP

+

tdT

+

)

Sorting

T

REG 

cells

(

GFP

+

tdT

+

)

98,8%

16,3%

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

Foxp3

GFP

F

0

25

50

75

100

T

N

D

CD3/28

+IL-2+TGF

E

CD3/28

+IL-2

Fo

x

p

3

+

Cells

(%)

8,5%

96,8%

8,2%

CD4

Foxp3

D

CD3/28

IL-2

D

CD3/2

8

IL-2 + TGF

E

0

10

3

10

4

10

5

0

10

3

10

4

10

5

-10

3

10

5

10

4

10

3

0

-10

3

10

5

10

4

10

3

0

96,9%

T

CONV

iT

REG

5d

NS

NS

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

G

H

I

10

3

10

4

10

5

10

6

10

7

Fo

x

p

3

+

Cells (Nbr.)

Foxp3

GFP

Foxp3

GFPFth

''

1 2 3 4 5 6 7 8

0

10

20

30

Nbr. of cell divisions

T

REG 

(%)

0

20

40

60

80

100

0

10

3

0

20

40

60

80

100

10

4

10

5

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

6

7

8

5

Foxp3

GFP

Foxp3

GFPFth

''

T

CONV

iT

REG

J

NS

NS

Events (%)

CFSE

Cells

0

10

20

30

40

50

0

0.5

1

1.5

2

CD4

4

high

CD62L

low 

(%)

CD8

+

CD4

+

CD4

4

high

CD62L

low 

(x10

6

NS

NS

NS

NS

)

CD45.2

+

CD8

+

CD4

+

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP-Fth

''

-tdT

Foxp3

GFP-tdT

Foxp3

GFP

Foxp3

GFPFth

''

iT

REG

cells

iT

CONV

cells

The EMBO Journal

Qian Wu et al

EV7

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

Figure EV4.

FTH acts in a non-cell-autonomous manner to prevent T

REG

cells from transdifferentiating into in

ammatory T

REG

cells.

(

A

) Schematic representation of the experimental approach used for

ow cytometry analysis from the lymph nodes of BM chimeric mice (same experiment as Fig.

4

A).

(

B

,

C

) Representative

ow cytometry dot plots (

B

), quanti

cation of percentage (left panel) and number (right panel) (

C

) of live activated

(CD45.2

+

CD4

+

CD44

high

CD62L

low

) and (CD45.2

+

CD8

+

CD44

high

CD62L

low

) cells in the lymph nodes of BM chimeric mice from (

A

). Data in (

C

) from

n

=

11

12 mice per

genotype, pooled from 2 independent experiments, with similar trend. (

D

) Schematic representation of cell sorting for adoptive transfers in the experiment illustrated in

Fig.

5

A. (

E

) Representative

ow cytometry dot plots of (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

cells and relative level of

Fth

mRNA expression in (CD4

+

GFP

+

tdT

+

) T

REG

cells (right panel)

used for adoptive transfers in the experiment illustrated in Fig.

5

A. (

F

) Schematic representation of experimental approach used for in vitro generation of induced T

REG

(iT

REG

) cells and conventional T

H

(T

CONV

) cells from sorted naive T

H

(T

N

) cells, activated with anti-CD3 and anti-CD28 mAb plus IL-2 and TGF

β

. (

G

) Representative

ow

cytometry dot plots of iT

REG

and T

CONV

cells, generated in (

F

). (

H

) Percentage (%) and (

I

) Number (Nbr.) of Foxp3

+

T

CONV

and iT

REG

cells, generated as described in (

F

).

N

=

2

5 independent experiments with similar trend. Each experiment corresponds to the average of different wells. (

J

) Representative

ow cytometry carboxy

uorescein

succinimidyl ester (CFSE) staining (left panel) and quanti

cation of percentage (%) (right panel) of proliferating (CD4

+

Foxp3

+

) iT

REG

cells, generated as described in (

F

).

Data from 3 to 6 technical replicates in 1 out of 3 independent experiments, with similar trend. Data information: Data in (

C

,

E

) are presented as mean ± SD, circles

correspond to individual mice and red bars are mean values. Circles in (

H

J

) correspond to individual wells and red bars are mean values.

P

values in panels (

C

,

H

,

I

) were

calculated using two-way ANOVA with Sidak

s multiple comparison test.

P

values in (

E

) were calculated using Mann

Whitney test. NS not signi

cant, ***

P

< 0.001. Source

data are available online for this

gure.

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

EV8

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

A

B

C

Foxp3

GFP

FCCP

Oligo.

A/A + Rot.

OCR

(pmol/min/10

6

cells)

0 20 40 60 80 100

0

200

400

600

800

-100

NS

FCCP

Oligo.

A/A + Rot.

OCR

(pmol/min/10

6

cells)

0 20 40 60 80 100

0

200

400

600

800

-100

Foxp3

GFP-Fth

''

REG

CONV

T

T

REG

CONV

T

T

Time (minutes)

Time (minutes)

OCR

(pmol/min/10

6

cells)

****

T

CONV

T

REG

T

CONV

T

REG

Foxp3

GFP

REG

CONV

T

T

OCR

(pmol/min/10

6

cells)

Foxp3

GFP-Fth

''

REG

CONV

T

T

D

Metabolite Concentration

[pmol/10

3

 cells]

Foxp3

GFP-Fth

'''

Foxp3

GFP

Citrate

Fumarate

Isocitrate

D

-ketoglutarate

D,L-2

hydroxyglutarate

Succinate

Cis-aconitate

Pyruvate

Malate

Aspartate

Glutamate

Glutamine

Itaconic acid

Lactate

0

100

200

300

400

0.001

0.01

0.1

1

10

100

**

Trageted

Metabolomics

Spleen

T

REG 

cells

(

GFP

+

)

Sorting

E

IFN

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

NS

CD4

+

CD8

+

0

20

40

60

80

NS

23,3%

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

28,8%

10

5

10

4

10

3

0

Granzyme B

CD8

53,9%

54,9%

10

5

10

4

10

3

0

10

5

10

4

10

3

0

CD4

CD8

0

2

4

6

per

tum

o

r

(x1

0

5

)

CD4

+

CD8

+

NS

*

15,0%

26,6%

0

20

40

60

NS

0

2.5

5

7.5

10

per

tu

mo

r

(x1

0

5

)

NS

Tumor-infiltrating

CD8

+

GrzmB

+

 cells

B16

Melanoma

G

B16

Melanoma

F

Foxp3

GFP-Fth

''

Foxp3

GFP

Foxp3

GFP-Fth

''

Foxp3

GFP

CD8

+

GrzmB

+

 cells (%)

Nbr. CD8

+

GrzmB

+

 cells

0

200

400

600

-100

0

100

200

300

400

The EMBO Journal

Qian Wu et al

EV9

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

© The Author(s)

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.

wu-et-al-2024-ferritin-heavy-chain-supports-stability-and-function-of-the-regulatory-t-cell-lineage (1)-html.html
background image

Figure EV5.

FTH regulates mitochondrial energy metabolism and

CPG

methylation in T

REG

cells.

(

A

) Oxygen consumption rate (OCR) in live splenic (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells and (CD4

+

GFP

-

) T

CONV

cells from

Foxp3

GFP

mice. (

B

) Quanti

cation of spare respiratory

capacity, from data represented in (

A

). (

C

) Oxygen consumption rate (OCR) in live splenic (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells and (CD4

+

GFP

-

) T

CONV

cells from

Foxp3

GFP-Fth

Δ

/

Δ

mice.

(

D

) Quanti

cation of spare respiratory capacity, from data represented in (

C

). Data in (

A

D

) pooled from

N

=

3 mice per genotype, represented as mean ± SD.

N

=

3

5

technical replicates in 1 out of 3 independent experiments, with similar trend. Oligomycin (Oligo.), carbonilcyanide p-tri

ouromethoxyphenylhydrazone (FCCP), Antimycin

A/Rotenone (A/A

+

Rot.). (

E

) Schematic representation of sorting of splenic (CD4

+

GFP

+

) T

REG

cells used for targeted metabolomics (left panel). Quanti

cation of

intermediate metabolites from targeted metabolomics analyzes of splenic T

REG

cells (right panel). Data from

N

=

3

4 mice per genotype in one experiment representative

of 3 independent experiments with similar trend. (

F

) Schematic representation of the experimental approach used for

ow cytometry analysis of tumor-in

ltrating cells

(left panel), representative

ow cytometry dot plots (middle panel) and corresponding percentage and number (right panel) of live tumor-in

ltrating (CD4

+

IFN

γ

+

) T

H

cells

(CD8

+

IFN

γ

+

) T

C

cells, 3 weeks after tumor inoculation (2 × 10

5

B16 cells). Data from

N

=

6 mice per genotype, pooled from two independent experiments, with similar

trend. (

G

) Schematic representation of the experimental approach used for

ow cytometry analysis of tumor-in

ltrating cells (left panel), representative

ow cytometry

dot plots (middle panel) and corresponding percentage and number (right panels) of live tumor-in

ltrating (CD8

+

GrzmB

+

) T cells, 3 weeks after tumor inoculation (2 × 10

5

B16 cells). Data from

N

=

6 mice per genotype, pooled from two independent experiments, with similar trend. Data information: Circles and triangles in (

A

,

C

) correspond

to mean values, circles, and triangles in (

B

,

D

) correspond to individual wells, and circles in (

E

G

) correspond to individual mice, and red bars are mean values.

P

values in

(

A

,

C

) calculated using two-way ANOVA with Bonferroni

s (

A

,

C

) or Sidak´s (

E

,

F

) multiple comparisons test, in (

B

,

D

,

G

) using unpaired

t

test with Welch

s correction. NS,

not signi

cant (

P

> 0.05); *

P

< 0.05; **

P

< 0.01; ****

P

< 0.0001. Source data are available online for this

gure.

Qian Wu et al

The EMBO Journal

© The Author(s)

The EMBO Journal

Volume 43 | Issue 8 | April 2024 | 1445

1483

EV10

Downloaded from https://www.embopress.org on April 22, 2024 from IP 2607:f720:1902:10::389.