Enforcing dendritic cell vaccines by manipulating the MHC II antigen presentation pathway

Les vaccins à base de cellules dendritiques (DCs) constituent une avenue très populaire en immunothérapie du cancer. Alors que ces cellules peuvent présenter des peptides exogènes ajoutés au milieu, l’efficacité de chargement de ces peptides au le complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe II est limitée. En effet, la majorité des molécules du CMH II à la surface des DCs sont très stable et l’échange de peptide spontané est minime. Confinée aux vésicules endosomales, HLA-DM (DM) retire les peptides des molécules du CMH II en plus de leur accorder une conformation réceptive au chargement de peptides. Il est possible, cependant, de muter le signal de rétention de DM de façon à ce que la protéine s’accumule en surface. Nous avons émis l’hypothèse que ce mutant de DM (DMY) sera aussi fonctionnel à la surface que dans la voie endosomale et qu’il favorisera le chargement de peptides exogènes aux DCs. Nous avons utilisé un vecteur adénoviral pour exprimer DMY dans des DCs et avons montrer que la molécule augmente le chargement de peptides. L’augmentation du chargement peptidique par DMY est autant qualitatif que quantitatif. DMY améliore la réponse T auxiliaire (Th) du coté Th1, ce qui favorise l’immunité anti-cancer. Du côté qualitatif, le chargement de peptides résulte en des complexes peptide-CMHII (pCMH) d’une conformation supérieure (conformère). Ce conformère (Type A) est le préféré pour la vaccination et DMY édite avec succès les complexes pCMH à la surface en éliminant ceux de type B, lesquels sont indésirables. La fonction de DM est régulée par HLA-DO (DO). Ce dernier inhibe l’habilité de DM à échanger le peptide CLIP (peptide dérivée de la chaîne invariante) en fonction du pH, donc dans les endosomes tardifs. Mes résultats indiquent que la surexpression de DO influence la présentation des superantigènes (SAgs) dépendants de la nature du peptide. Il est probable que DO améliore indirectement la liaison de ces SAgs au pCMH dû à l’accumulation de complexe CLIP-CMH, d’autant plus qu’il neutralise la polarisation Th2 normalement observée par CLIP. Ensemble, ces résultats indiquent que DMY est un outil intéressant pour renforcer le chargement de peptides exogènes sur les DCs et ainsi générer des vaccins efficaces. Un effet inattendu de DO sur la présentation de certains SAgs a aussi été observé. Davantage de recherche est nécessaire afin de résoudre comment DMY et DO influence la polarisation des lymphocytes T auxiliaires. Cela conduira à une meilleure compréhension de la présentation antigénique et de son étroite collaboration avec le système immunitaire.

Impact de l’expression de l’isoforme p35 de la chaîne invariante humaine chez des souris déficientes en CD74 endogène

La chaîne invariante (Ii ; CD74) est une protéine membranaire de type II qui joue un rôle majeur dans la présentation antigénique. Dans le réticulum endoplasmique (RE), Ii favorise l’assemblage du CMH II et prévient la liaison indésirable de polypeptides. Grâce à son motif di-leucine, la chaîne invariante cible le CMH II dans les endosomes. Une fois dans ces compartiments acides, Ii est dégradé, permettant la liaison de peptides de forte affinité qui seront ensuite présentés aux cellules T CD4+. Chez les souris déficientes en Ii murin (mIi), le CMH II présente une conformation non compacte typique des molécules vides ou liées faiblement à un peptide. Le transport du CMH II est aberrant ce qui conduit à une réduction de son expression en surface ainsi qu’à un défaut de présentation antigénique. De plus, Ii diversifie le répertoire de peptides et assure la sélection thymique des cellules T CD4+. Enfin, il a un rôle dans la maturation des cellules B et les souris déficientes en Ii présentent des nombres réduits de cellules B matures folliculaires (FO). L’isoforme mineure humaine p35 (Iip35) n’existe pas chez la souris et possède une extension cytoplasmique de 16 acides aminés contenant un motif R-x-R de rétention dans le RE. La sortie du RE est conditionnelle à la liaison du CMH II qui permet de masquer le motif de rétention. Iip35 agit comme dominant et impose la rétention aux autres isoformes d’Ii. Cependant, le rôle physiologique du motif R-x-R et, plus globalement, celui d’Iip35, demeurent nébuleux. Pour mieux cerner la fonction d’Iip35, nous avons généré des souris transgéniques (Tg) exprimant l’isoforme humaine Iip35 et avons analysé la conformation et le trafic du CMH II, la sélection thymique et la maturation des cellules B ainsi que la présentation antigénique. Nos résultats ont démontré qu’Iip35 favorise l’assemblage du CMH II dans le RE. Il induit également une conformation compacte du CMH II et augmente l’expression du CMH II en surface. De plus, Iip35 cible le CMH II dans les endosomes où un peptide de forte affinité se lie dans la niche peptidique. Par ailleurs, Iip35 diversifie le répertoire de peptides et rétablit totalement la sélection des cellules T CD4+ ainsi que le niveau d’expression du TCR de ces dernières. Iip35 restaure également la présentation antigénique de l’ovalbumine dont la présentation requiert l’expression d’Ii. Par contre, Iip35 rétablit la présentation des superantigènes mais à un niveau moindre que celui des souris sauvages. Ensuite, Iip35 permet le rétablissement de la sélection des cellules iNKT démontrant qu’il assiste la présentation des lipides par les molécules CD1d. Enfin, les résultats ont démontré qu’Iip35 restaure le développement des cellules B matures folliculaires (FO) mais pas celui des cellules B de la zone marginale. Ceci suggère qu’Iip35 est capable d’induire le développement des cellules FO sans stimulation préalable par le MIF (macrophage migration inhibitory factor). Ainsi, l’ensemble de ces résultats démontre qu’Iip35 est fonctionnel et assure la majorité des fonctions d’Ii. Cependant, Iip35 ne remplace pas mIi endogène concernant la maturation des cellules B MZ suggérant qu’il pourrait avoir un rôle de régulateur.

Antigen and superantigen presentation as defined by the MHCII-accessory proteins and associated-peptides

MHCII molecules expose a weave of antigens, which send survival or activation signals to T lymphocytes. The ongoing process of peptide binding to the MHC class II groove implicates three accessory molecules: the invariant chain, DM and DO. The invariant chain folds and directs the MHCII molecules to the endosomal pathway. Then, DM exchanges the CLIP peptide, which is a remnant of the degraded invariant chain, for peptides of better affinity. Expressed in highly specialized antigen presenting cells, DO competes with MHCII molecules for DM binding and favors the presentation of receptor-internalized antigens. Altogether, these molecules exhibit potential immunomodulatory properties that can be exploited to increase the potency of peptide vaccines. DO requires DM for maturation and to exit the ER. Interestingly, it is possible to monitor this interaction through a conformation change on DOβ that is recognized by the Mags.DO5 monoclonal antibody. Using Mags.DO5, we showed that DM stabilizes the interactions between the DO α1 and β1 chains and that DM influences DO folding in the ER. Thus, the Mags.DO5+ conformation correlates with DO egress from the ER. To further evaluate this conformation change, directed evolution was applied to DO. Of the 41 unique mutants obtained, 25% were localized at the DM-DO binding interface and 12% are at the solvent-exposed β1 domain, which is thought to be the Mags.DO5 epitope. In addition, I used the library to test the ability of HLA-DO to inhibit HLA-DM and sorted for the amount of CLIP. Interestingly, most of the mutants showed a decrease inhibitory effect, supporting the notion that the intrinsic instability of DO is a required for its function. Finally, these results support the model in which DO competes against classical MHCII molecules by sequestering DM chaperone’s function. MHCII molecules are also characterized by their ability to present superantigens, a group of bacterial or viral toxins that coerces MHCII-TCR binding in a less promiscuous fashion than what is observed in a canonical setting. While the mechanism of how bacterial superantigens form trimeric complexes with TCR and MHCII is well understood, the mouse mammary tumor virus superantigens (vSAG) are poorly defined. In the absence of a crystal structure, I chose a functional approach to examine the relation between vSAG, MHCII and TCR with the goal of uncovering the overall trimolecular architecture. I showed that TCR concomitantly binds both the MHCII α chain and the vSAG and that TCR-MHCII docking is almost canonical when coerced by vSAGs. Because many peptides may be tolerated in the MHCII groove, the pressure exerted by vSAG seems to tweak conventional TCR-MHCII interactions. Furthermore, my results demonstrate that vSAG binding to MHCII molecules is conformation-dependent and abrogated by the CLIP amino-terminal residues extending outside the peptide-binding groove. In addition, they also suggest that vSAGs cross-link adjacent MHCIIs and activate T cells via a TGXY motif.

Rôle de l'isoforme p35 de la chaîne invariante humaine dans la formation et le transport de complexes de CMH II

La présentation antigénique par les molécules de classe II du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH II) est un mécanisme essentiel au contrôle des pathogènes par le système immunitaire. Le CMH II humain existe en trois isotypes, HLA-DP, DQ et DR, tous des hétérodimères composés d’une chaîne α et d’une chaîne β. Le CMH II est entre autres exprimé à la surface des cellules présentatrices d’antigènes (APCs) et des cellules épithéliales activées et a pour fonction de présenter des peptides d’origine exogène aux lymphocytes T CD4+. L’oligomérisation et le trafic intracellulaire du CMH II sont largement facilités par une chaperone, la chaîne invariante (Ii). Il s’agit d’une protéine non-polymorphique de type II. Après sa biosynthèse dans le réticulum endoplasmique (ER), Ii hétéro- ou homotrimérise, puis interagit via sa région CLIP avec le CMH II pour former un complexe αβIi. Le complexe sort du ER pour entamer son chemin vers différents compartiments et la surface cellulaire. Chez l’homme, quatre isoformes d’Ii sont répertoriées : p33, p35, p41 et p43. Les deux isoformes exprimées de manière prédominante, Iip33 et p35, diffèrent par une extension N-terminale de 16 acides aminés portée par Iip35. Cette extension présente un motif de rétention au réticulum endoplasmique (ERM) composé des résidus RXR. Ce motif doit être masqué par la chaîne β du CMH II pour permettre au complexe de quitter le ER. Notre groupe s’est intéressé au mécanisme du masquage et au mode de sortie du ER des complexes αβIi. Nous montrons ici que l’interaction directe, ou en cis, entre la chaîne β du CMH II et Iip35 dans une structure αβIi est essentielle pour sa sortie du ER, promouvant la formation de structures de haut niveau de complexité. Par ailleurs, nous démontrons que NleA, un facteur de virulence bactérien, permet d’altérer le trafic de complexes αβIi comportant Iip35. Ce phénotype est médié par l’interaction entre p35 et les sous-unités de COPII. Bref, Iip35 joue un rôle central dans la formation des complexes αβIi et leur transport hors du ER. Ceci fait d’Iip35 un régulateur clef de la présentation antigénique par le CMH II.

The Immunomodulatory Action of Sialostatin L on Dendritic Cells Reveals Its Potential to Interfere with Autoimmunity

Sialostatin L (SialoL) is a secreted cysteine protease inhibitor identified in the salivary glands of the Lyme disease vector Ixodes scapularis. In this study, we reveal the mechanisms of SialoL immunomodulatory actions on the vertebrate host. LPS-induced maturation of dendritic cells from C57BL/6 mice was significantly reduced in the presence of SialoL. Although OVA degradation was not affected by the presence of SialoL in dendritic cell cultures, cathepsin S activity was partially inhibited, leading to an accumulation of a 10-kDa invariant chain intermediate in these cells. As a consequence, in vitro Ag-specific CD4(+) T cell proliferation was inhibited in a time-dependent manner by SialoL, and further studies engaging cathepsin S(-/-) or cathepsin L(-/-) dendritic cells confirmed that the immunomodulatory actions of SialoL are mediated by inhibition of cathepsin S. Moreover, mice treated with SialoL displayed decreased early T cell expansion and recall response upon antigenic stimulation. Finally, SialoL administration during the immunization phase of experimental autoimmune encephalomyelitis in mice significantly prevented disease symptoms, which was associated with impaired IFN-gamma and IL-17 production and specific T cell proliferation. These results illuminate the dual mechanism by which a human disease vector protein modulates vertebrate host immunity and reveals its potential in prevention of an autoimmune disease. The Journal of Immunology, 2009, 182: 7422-7429.

Expression of human cathepsin L or human cathepsin V in mouse thymus mediates positive selection of T helper cells in cathepsin L knock-out mice

A genetic deficiency of the cysteine protease cathepsin L (Ctsl) in mice results in impaired positive selection of conventional CD4+ T helper cells as a result of an incomplete processing of the MHC class II associated invariant chain or incomplete proteolytic generation of positively selecting peptide ligands. The human genome encodes, in contrast to the mouse genome, for two cathepsin L proteases, namely cathepsin L (CTSL) and cathepsin V (CTSV; alternatively cathepsin L2). In the human thymic cortex, CTSV is the predominately expressed protease as compared to CTSL or other cysteine cathepsins. In order to analyze the functions of CTSL and CTSV in the positive selection of CD4+ T cells we employed Ctsl knock-out mice crossed either with transgenic mice expressing CTSL under the control of its genuine human promoter or with transgenic mice expressing CTSV under the control of the keratin 14 (K14) promoter, which drives expression to the cortical epithelium. Both human proteases are expressed in the thymus of the transgenic mice, and independent expression of both CTSL and CTSV rescues the reduced frequency of CD4+ T cells in Ctsl-deficient mice. Moreover, the expression of the human cathepsins does not change the number of CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T cells, but the normalization of the frequency of conventional CD4+ T cell in the transgenic mice results in a rebalancing of conventional T cells and regulatory T cells. We conclude that the functional differences of CTSL and CTSV in vivo are not mainly determined by their inherent biochemical properties, but rather by their tissue specific expression pattern.

Cathepsins B and D are dispensable for major histocompatibility complex class II-mediated antigen presentation

Antigen presentation by major histocompatibility complex (MHC) class II molecules requires the participation of different proteases in the endocytic route to degrade endocytosed antigens as well as the MHC class II-associated invariant chain (Ii). Thus far, only the cysteine protease cathepsin (Cat) S appears essential for complete destruction of Ii. The enzymes involved in degradation of the antigens themselves remain to be identified. Degradation of antigens in vitro and experiments using protease inhibitors have suggested that Cat B and Cat D, two major aspartyl and cysteine proteases, respectively, are involved in antigen degradation. We have analyzed the antigen-presenting properties of cells derived from mice deficient in either Cat B or Cat D. Although the absence of these proteases provoked a modest shift in the efficiency of presentation of some antigenic determinants, the overall capacity of Cat B−/− or Cat D−/− antigen-presenting cells was unaffected. Degradation of Ii proceeded normally in Cat B−/− splenocytes, as it did in Cat D−/− cells. We conclude that neither Cat B nor Cat D are essential for MHC class II-mediated antigen presentation.

Efficient loading of HLA-DR with a T helper epitope by genetic exchange of CLIP

The HLA class II-associated invariant chain (Ii)-derived peptide (CLIP) occupies the peptide binding groove during assembly in the endoplasmic reticulum, travels with HLA class II to endosomal compartments, and is subsequently released to allow binding of antigenic peptides. We investigated whether the exchange of CLIP with a known T helper epitope at the DNA level would lead to efficient loading of this helper epitope onto HLA class II. For this purpose, a versatile Ii-encoding expression vector was created in which CLIP can be replaced with a helper epitope of choice. Upon supertransfection of HLA-DR1-transfected 293 cells with an Ii vector encoding a known T helper epitope (HA307–319), predominantly length variants of this epitope were detected in association with the HLA-DR1 molecules of these cells. Moreover, this transfectant was efficiently recognized by a peptide-specific T helper clone (HA1.7). The results suggest that this type of Ii vector can be used to create potent class II+ cellular vaccines in which defined T cell epitopes are continuously synthesized.

Interaction between HLA-DM and HLA-DR involves regions that undergo conformational changes at lysosomal pH

Antigenic peptide loading of major histocompatibility complex class II molecules is enhanced by lysosomal pH and catalyzed by the HLA-DM molecule. The physical mechanism behind the catalytic activity of DM was investigated by using time-resolved fluorescence anisotropy (TRFA) and fluorescence binding studies with the dye 8-anilino-1-naphthalenesulfonic acid (ANS). We demonstrate that the conformations of both HLA-DM and HLA-DR3, irrespective of the composition of bound peptide, are pH sensitive. Both complexes reversibly expose more nonpolar regions upon protonation. Interaction of DM with DR shields these hydrophobic domains from the aqueous environment, leading to stabilization of the DM and DR conformations. At lysosomal pH, the uncovering of additional hydrophobic patches leads to a more extensive DM–DR association. We propose that DM catalyzes class II peptide loading by stabilizing the low-pH conformation of DR, favoring peptide exchange. The DM–DR association involves a larger hydrophobic surface area with DR/class II-associated invariant chain peptides (CLIP) than with stable DR/peptide complexes, explaining the preferred association of DM with the former. The data support a release mechanism of DM from the DM–DR complex through reduction of the interactive surface, upon binding of class II molecules with antigenic peptide or upon neutralization of the DM–DR complex at the cell surface.

Activation of target-tissue immune-recognition molecules by double-stranded polynucleotides

Abnormal expression of major histocompatibility complex (MHC) class I and class II in various tissues is associated with autoimmune disease. Autoimmune responses can be triggered by viral infections or tissue injuries. We show that the ability of a virus or a tissue injury to increase MHC gene expression is duplicated by any fragment of double-stranded (ds) DNA or dsRNA introduced into the cytoplasm of nonimmune cells. Activation is sequence-independent, is induced by ds polynucleotides as small as 25 bp in length, and is not duplicated by single-stranded polynucleotides. In addition to causing abnormal MHC expression, the ds nucleic acids increase the expression of genes necessary for antigen processing and presentation: proteasome proteins (e.g., LMP2), transporters of antigen peptides; invariant chain, HLA-DM, and the costimulatory molecule B7.1. The mechanism is different from and additive to that of γ-interferon (γIFN), i.e., ds polynucleotides increase class I much more than class II, whereas γIFN increases class II more than class I. The ds nucleic acids also induce or activate Stat1, Stat3, mitogen-activated protein kinase, NF-κB, the class II transactivator, RFX5, and the IFN regulatory factor 1 differently from γIFN. CpG residues are not responsible for this effect, and the action of the ds polynucleotides could be shown in a variety of cell types in addition to thyrocytes. We suggest that this phenomenon is a plausible mechanism that might explain how viral infection of tissues or tissue injury triggers autoimmune disease; it is potentially relevant to host immune responses induced during gene therapy.

Kinetic analysis of peptide loading onto HLA-DR molecules mediated by HLA-DM.

The nonclassical major histocompatibility complex class II molecule HLA-DM (DM) has recently been shown to play a central role in the class II-associated antigen presentation pathway: DM releases invariant chain-derived CLIP peptides (class II-associated invariant chain protein peptide) from HLA-DR (DR) molecules and thereby facilitates loading with antigenic peptides. Some observations have led to the suggestion that DM acts in a catalytic manner, but so far direct proof is missing. Here, we investigated in vitro the kinetics of exchange of endogenously bound CLIP for various peptides on DR1 and DR2a molecules: we found that in the presence of DM the peptide loading process follows Michaelis-Menten kinetics with turnover numbers of 3-12 DR molecules per minute per DM molecule, and with KM values of 500-1000 nM. In addition, surface plasmon resonance measurements showed that DM interacts efficiently with DR-CLIP complexes but only weakly with DR-peptide complexes isolated from DM-positive cells. Taken together, our data provide evidence that DM functions as an enzyme-like catalyst of peptide exchange and favors the generation of long-lived DR-peptide complexes that are no longer substrates for DM.

Biosynthesis of major histocompatibility complex molecules and generation of T cells in Ii TAP1 double-mutant mice.

Major histocompatibility complex (MHC) class I and II molecules are loaded with peptides in distinct subcellular compartments. The transporter associated with antigen processing (TAP) is responsible for delivering peptides derived from cytosolic proteins to the endoplasmic reticulum, where they bind to class I molecules, while the invariant chain (Ii) directs class II molecules to endosomal compartments, where they bind peptides originating mostly from exogenous sources. Mice carrying null mutations of the TAP1 or Ii genes (TAP10) or Ii0, respectively) have been useful tools for elucidating the two MHC/peptide loading pathways. To evaluate to what extent these pathways functionally intersect, we have studied the biosynthesis of MHC molecules and the generation of T cells in Ii0TAP10 double-mutant mice. We find that the assembly and expression of class II molecules in Ii0 and Ii0TAP10 animals are indistinguishable and that formation and display of class I molecules is the same in TAP10 and Ii0TAP10 animals. Thymic selection in the double mutants is as expected, with reduced numbers of both CD4+ CD8- and CD4- CD8+ thymocyte compartments. Surprisingly, lymph node T-cell populations look almost normal; we propose that population expansion of peripheral T cells normalizes the numbers of CD4+ and CD8+ cells in Ii0TAP10 mice.

Rôle de l'isoforme p35 de la chaîne invariante humaine dans la formation et le transport de complexes de CMH II

La présentation antigénique par les molécules de classe II du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH II) est un mécanisme essentiel au contrôle des pathogènes par le système immunitaire. Le CMH II humain existe en trois isotypes, HLA-DP, DQ et DR, tous des hétérodimères composés d’une chaîne α et d’une chaîne β. Le CMH II est entre autres exprimé à la surface des cellules présentatrices d’antigènes (APCs) et des cellules épithéliales activées et a pour fonction de présenter des peptides d’origine exogène aux lymphocytes T CD4+. L’oligomérisation et le trafic intracellulaire du CMH II sont largement facilités par une chaperone, la chaîne invariante (Ii). Il s’agit d’une protéine non-polymorphique de type II. Après sa biosynthèse dans le réticulum endoplasmique (ER), Ii hétéro- ou homotrimérise, puis interagit via sa région CLIP avec le CMH II pour former un complexe αβIi. Le complexe sort du ER pour entamer son chemin vers différents compartiments et la surface cellulaire. Chez l’homme, quatre isoformes d’Ii sont répertoriées : p33, p35, p41 et p43. Les deux isoformes exprimées de manière prédominante, Iip33 et p35, diffèrent par une extension N-terminale de 16 acides aminés portée par Iip35. Cette extension présente un motif de rétention au réticulum endoplasmique (ERM) composé des résidus RXR. Ce motif doit être masqué par la chaîne β du CMH II pour permettre au complexe de quitter le ER. Notre groupe s’est intéressé au mécanisme du masquage et au mode de sortie du ER des complexes αβIi. Nous montrons ici que l’interaction directe, ou en cis, entre la chaîne β du CMH II et Iip35 dans une structure αβIi est essentielle pour sa sortie du ER, promouvant la formation de structures de haut niveau de complexité. Par ailleurs, nous démontrons que NleA, un facteur de virulence bactérien, permet d’altérer le trafic de complexes αβIi comportant Iip35. Ce phénotype est médié par l’interaction entre p35 et les sous-unités de COPII. Bref, Iip35 joue un rôle central dans la formation des complexes αβIi et leur transport hors du ER. Ceci fait d’Iip35 un régulateur clef de la présentation antigénique par le CMH II.

Identification of the HLA-DM/HLA-DR interface

Human leukocyte antigen (HLA)-DM is a critical participant in antigen presentation that catalyzes the dissociation of the Class II-associated Invariant chain-derived Peptide (CLIP) from the major histocompatibility complex (MHC) Class II molecules. There is competition amongst peptides for access to an MHC Class II groove and it has been hypothesised that DM functions as a 'peptide editor' that catalyzes the replacement of one peptide for another within the groove. It is established that the DM catalyst interacts directly with the MHC Class II but the precise location of the interface is unknown. Here, we combine previously described mutational data with molecular docking and energy minimisation simulations to identify a putative interaction site of >4000A2 which agrees with known point mutational data for both the DR and DM molecule. The docked structure is validated by comparison with experimental data and previously determined properties of protein-protein interfaces. A possible dissociation mechanism is suggested by the presence of an acidic cluster near the N terminus of the bound peptide.

Natural variations at position 93 of the invariant Vα24-Jα18 α chain of human iNKT-cell TCRs strongly impact on CD1d binding

Human invariant natural killer T (NKT) cell TCRs bind to CD1d via an "invariant" Vα24-Jα18 chain (iNKTα) paired to semi-invariant Vβ11 chains (iNKTβ). Single-amino acid variations at position 93 (p93) of iNKTα, immediately upstream of the "invariant" CDR3α region, have been reported in a substantial proportion of human iNKT-cell clones (4-30%). Although p93, a serine in most human iNKT-cell TCRs, makes no contact with CD1d, it could affect CD1d binding by altering the conformation of the crucial CDR3α loop. By generating recombinant refolded iNKT-cell TCRs, we show that natural single-nucleotide variations in iNKTα, translating to serine, threonine, asparagine or isoleucine at p93, exert a powerful effect on CD1d binding, with up to 28-fold differences in affinity between these variants. This effect was observed with CD1d loaded with either the artificial α-galactosylceramide antigens KRN7000 or OCH, or the endogenous glycolipid β-galactosylceramide, and its importance for autoreactive recognition of endogenous lipids was demonstrated by the binding of variant iNKT-cell TCR tetramers to cell surface expressed CD1d. The serine-containing variant showed the strongest CD1d binding, offering an explanation for its predominance in vivo. Complementary molecular dynamics modeling studies were consistent with an impact of p93 on the conformation of the CDR3α loop.