Intestinal IL-17-producing T helper (Th17) cells are dependent on adherent microbes in the gut for their development. However, how microbial adherence to intestinal epithelial cells (IECs) promotes Th17 cell differentiation remains enigmatic. Here, we found that Th17 cell-inducing gut bacteria generated an unfolded protein response (UPR) in IECs. Furthermore, subtilase cytotoxin expression or genetic removal of X-box binding protein 1 (Xbp1) in IECs caused a UPR and increased Th17 cells, even in antibiotic-treated or germ-free conditions. Mechanistically, UPR activation in IECs enhanced their production of both reactive oxygen species (ROS) and purine metabolites. Treating mice with N-acetyl-cysteine or allopurinol to reduce ROS production and xanthine, respectively, decreased Th17 cells that were associated with an elevated UPR. Th17-related genes also correlated with ER stress and the UPR in humans with inflammatory bowel disease. Overall, we identify a mechanism of intestinal Th17 cell differentiation that emerges from an IEC-associated UPR.

The epithelial layer of the gastrointestinal tract contains invaginations, called glands or crypts, which are colonized by symbiotic and pathogenic microorganisms and may function as designated niches for certain species. Factors that control gland colonization are poorly understood, but bacterial chemotaxis aids occupation of these sites. We report here that a Helicobacter pylori cytoplasmic chemoreceptor, TlpD, is required for gland colonization in the stomach. tlpD mutants demonstrate gland colonization defects characterized by a reduction in the percent of glands colonized, but not in number of bacteria per gland. Consistent with TlpD's reported role in reactive oxygen species (ROS) avoidance, tlpD mutants showed hallmarks of exposure to large amounts of ROS. To assess the role of host-generated ROS in TlpD-dependent gland colonization, we utilized mice that lack either the ability to generate epithelial hydrogen peroxide or immune cell superoxide. tlpD gland colonization defects were rescued to wild-type H. pylori levels in both of these mutants. These results suggest that multiple types of innate immune generated ROS production limit gland colonization and that bacteria have evolved specific mechanisms to migrate through this gauntlet to establish in the glands.

ABSTRACT Background and Aims Inflammation can generate pathogenic T h 17 cells and cause a inflammatory dysbiosis. In the context of Inflammatory Bowel Disease (IBD) these inflammatory T h 17 cells and dysbiotic microbiota may perpetuate injury to intestinal epithelial cells (IECs). However, many models of IBD like T-cell transfer colitis and IL-10 -/- mice rely on the absence of regulatory pathways, so it is difficult to tell if inflammationcan also induce protective T h 17 cells. Methods We subjected C57BL6, RAG1 -/- or J H -/- mice to systemic or gastrointestinal (GI) Citrobacter rodentium ( Cr ). Mice were then subject to 2.5% dextran sodium sulfate to cause epithelial injury. Fecal microbiota transfer was performed by bedding transfer and co-housing. Flow cytometry, qPCR, 16s sequencing and histology were used to assess parameters. Results Transient inflammation with GI but not systemic Cr was protective from subsequent intestinal injury. This was replicated with sequential DSS collectively indicating that transient inflammation provides tissue-specific protection. Inflammatory T h 17 cells that have a tissue resident memory signature expanded in the intestine. Experiments with reconstituted RAG1 -/- , J H -/- mice and cell trafficking inhibitors showed that inflammation induced T h 17 cells were required for protection. Fecal microbiota transfer showed that the inflammation-trained microbiota was necessary for protection, likely by maintaining protective T h 17 cells in situ . Conclusion Inflammation can generate protective T h 17 cells which synergize with the inflammation-trained microbiota to provide host resiliency against subsequent injury, indicating that inflammation induced T h 17 tissue resident memory T cells are heterogenous and contain protective subsets.