We performed genetic-linkage analysis and candidate-gene sequencing on samples from two unrelated consanguineous families with children who were affected by early-onset inflammatory bowel disease. We screened six additional patients with early-onset colitis for mutations in two candidate genes and carried out functional assays in patients' peripheral-blood mononuclear cells. We performed an allogeneic hematopoietic stem-cell transplantation in one patient.

Innate lymphoid cells (ILCs) are a recently recognized group of lymphocytes that have important functions in protecting epithelial barriers against infections and in maintaining organ homeostasis. ILCs have been categorized into three distinct groups, transcriptional circuitry and effector functions of which strikingly resemble the various T helper cell subsets. Here, we identify a common, Id2-expressing progenitor to all interleukin 7 receptor-expressing, “helper-like” ILC lineages, the CHILP. Interestingly, the CHILP differentiated into ILC2 and ILC3 lineages, but not into conventional natural killer (cNK) cells that have been considered an ILC1 subset. Instead, the CHILP gave rise to a peculiar NKp46+ IL-7Rα+ ILC lineage that required T-bet for specification and was distinct of cNK cells or other ILC lineages. Such ILC1s coproduced high levels of IFN-γ and TNF and protected against infections with the intracellular parasite Toxoplasma gondii. Our data significantly advance our understanding of ILC differentiation and presents evidence for a new ILC lineage that protects barrier surfaces against intracellular infections.

Summary

 Innate lymphoid cells (ILCs) reside at mucosal surfaces and control immunity to intestinal infections. Type 2 innate lymphoid cells (ILC2s) produce cytokines such as IL-5 and IL-13, are required for immune defense against helminth infections, and are involved in the pathogenesis of airway hyperreactivity. Here, we have investigated the role of the transcription factor GATA-3 for ILC2 differentiation and maintenance. We showed that ILC2s and their lineage-specified bone marrow precursors (ILC2Ps), as identified here, were characterized by continuous high expression of GATA-3. Analysis of mice with temporary deletion of GATA-3 in all ILCs showed that GATA-3 was required for the differentiation and maintenance of ILC2s but not for RORγt⁺ ILCs. Thus, our data demonstrate that GATA-3 is essential for ILC2 fate decisions and reveal similarities between the transcriptional programs controlling ILC and T helper cell fates.

Chronic mucocutaneous candidiasis may be manifested as a primary immunodeficiency characterized by persistent or recurrent infections of the mucosa or the skin with candida species. Most cases are sporadic, but both autosomal dominant inheritance and autosomal recessive inheritance have been described.

BackgroundThe genetic etiologies of the hyper-IgE syndromes are diverse. Approximately 60% to 70% of patients with hyper-IgE syndrome have dominant mutations in STAT3, and a single patient was reported to have a homozygous TYK2 mutation. In the remaining patients with hyper-IgE syndrome, the genetic etiology has not yet been identified.ObjectivesWe aimed to identify a gene that is mutated or deleted in autosomal recessive hyper-IgE syndrome.MethodsWe performed genome-wide single nucleotide polymorphism analysis for 9 patients with autosomal-recessive hyper-IgE syndrome to locate copy number variations and homozygous haplotypes. Homozygosity mapping was performed with 12 patients from 7 additional families. The candidate gene was analyzed by genomic and cDNA sequencing to identify causative alleles in a total of 27 patients with autosomal-recessive hyper-IgE syndrome.ResultsSubtelomeric biallelic microdeletions were identified in 5 patients at the terminus of chromosome 9p. In all 5 patients, the deleted interval involved dedicator of cytokinesis 8 (DOCK8), encoding a protein implicated in the regulation of the actin cytoskeleton. Sequencing of patients without large deletions revealed 16 patients from 9 unrelated families with distinct homozygous mutations in DOCK8 causing premature termination, frameshift, splice site disruption, and single exon deletions and microdeletions. DOCK8 deficiency was associated with impaired activation of CD4+ and CD8+T cells.ConclusionAutosomal-recessive mutations in DOCK8 are responsible for many, although not all, cases of autosomal-recessive hyper-IgE syndrome. DOCK8 disruption is associated with a phenotype of severe cellular immunodeficiency characterized by susceptibility to viral infections, atopic eczema, defective T-cell activation and Th17 cell differentiation, and impaired eosinophil homeostasis and dysregulation of IgE. The genetic etiologies of the hyper-IgE syndromes are diverse. Approximately 60% to 70% of patients with hyper-IgE syndrome have dominant mutations in STAT3, and a single patient was reported to have a homozygous TYK2 mutation. In the remaining patients with hyper-IgE syndrome, the genetic etiology has not yet been identified. We aimed to identify a gene that is mutated or deleted in autosomal recessive hyper-IgE syndrome. We performed genome-wide single nucleotide polymorphism analysis for 9 patients with autosomal-recessive hyper-IgE syndrome to locate copy number variations and homozygous haplotypes. Homozygosity mapping was performed with 12 patients from 7 additional families. The candidate gene was analyzed by genomic and cDNA sequencing to identify causative alleles in a total of 27 patients with autosomal-recessive hyper-IgE syndrome. Subtelomeric biallelic microdeletions were identified in 5 patients at the terminus of chromosome 9p. In all 5 patients, the deleted interval involved dedicator of cytokinesis 8 (DOCK8), encoding a protein implicated in the regulation of the actin cytoskeleton. Sequencing of patients without large deletions revealed 16 patients from 9 unrelated families with distinct homozygous mutations in DOCK8 causing premature termination, frameshift, splice site disruption, and single exon deletions and microdeletions. DOCK8 deficiency was associated with impaired activation of CD4+ and CD8+T cells. Autosomal-recessive mutations in DOCK8 are responsible for many, although not all, cases of autosomal-recessive hyper-IgE syndrome. DOCK8 disruption is associated with a phenotype of severe cellular immunodeficiency characterized by susceptibility to viral infections, atopic eczema, defective T-cell activation and Th17 cell differentiation, and impaired eosinophil homeostasis and dysregulation of IgE.

Most autosomal genetic causes of childhood-onset hypogammaglobulinemia are currently not well understood. Most affected individuals are simplex cases, but both autosomal-dominant and autosomal-recessive inheritance have been described. We performed genetic linkage analysis in consanguineous families affected by hypogammaglobulinemia. Four consanguineous families with childhood-onset humoral immune deficiency and features of autoimmunity shared genotype evidence for a linkage interval on chromosome 4q. Sequencing of positional candidate genes revealed that in each family, affected individuals had a distinct homozygous mutation in LRBA (lipopolysaccharide responsive beige-like anchor protein). All LRBA mutations segregated with the disease because homozygous individuals showed hypogammaglobulinemia and autoimmunity, whereas heterozygous individuals were healthy. These mutations were absent in healthy controls. Individuals with homozygous LRBA mutations had no LRBA, had disturbed B cell development, defective in vitro B cell activation, plasmablast formation, and immunoglobulin secretion, and had low proliferative responses. We conclude that mutations in LRBA cause an immune deficiency characterized by defects in B cell activation and autophagy and by susceptibility to apoptosis, all of which are associated with a clinical phenotype of hypogammaglobulinemia and autoimmunity.

Background & Aims

 Homozygous loss of function mutations in interleukin-10 (IL10) and interleukin-10 receptors (IL10R) cause severe infantile (very early onset) inflammatory bowel disease (IBD). Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) was reported to induce sustained remission in 1 patient with IL-10R deficiency. We investigated heterogeneity among patients with very early onset IBD, its mechanisms, and the use of allogeneic HSCT to treat this disorder. 

Methods

 We analyzed 66 patients with early onset IBD (younger than 5 years of age) for mutations in the genes encoding IL-10, IL-10R1, and IL-10R2. IL-10R deficiency was confirmed by functional assays on patients' peripheral blood mononuclear cells (immunoblot and enzyme-linked immunosorbent assay analyses). We assessed the therapeutic effects of standardized allogeneic HSCT. 

Results

 Using a candidate gene sequencing approach, we identified 16 patients with IL-10 or IL-10R deficiency: 3 patients had mutations in IL-10, 5 had mutations in IL-10R1, and 8 had mutations in IL-10R2. Refractory colitis became manifest in all patients within the first 3 months of life and was associated with perianal disease (16 of 16 patients). Extraintestinal symptoms included folliculitis (11 of 16) and arthritis (4 of 16). Allogeneic HSCT was performed in 5 patients and induced sustained clinical remission with a median follow-up time of 2 years. In vitro experiments confirmed reconstitution of IL-10R−mediated signaling in all patients who received the transplant. 

Conclusions

 We identified loss of function mutations in IL-10 and IL-10R in patients with very early onset IBD. These findings indicate that infantile IBD patients with perianal disease should be screened for IL-10 and IL-10R deficiency and that allogeneic HSCT can induce remission in those with IL-10R deficiency.

Abstract Microglia—the resident immune cells of the central nervous system—sense the activity of neurons and regulate physiological brain functions. They have been implicated in the pathology of brain diseases associated with alterations in neural excitability and plasticity. However, experimental and therapeutic approaches that modulate microglia function in a brain-region-specific manner have not been established. In this study, we tested for the effects of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), a clinically employed non-invasive brain stimulation technique, on microglia-mediated synaptic plasticity. 10 Hz electromagnetic stimulation triggered a release of plasticity-promoting cytokines from the microglia in organotypic brain tissue cultures, while no changes in microglial morphology or microglia dynamics were observed. Indeed, substitution of tumor necrosis factor alpha (TNFα) and interleukin 6 (IL6) preserved synaptic plasticity induced by 10 Hz stimulation in the absence of microglia. Consistent with these findings, in vivo depletion of microglia abolished rTMS-induced changes in neurotransmission in the medial prefrontal cortex (mPFC) of anesthetized mice. We conclude that rTMS affects neural excitability and plasticity by modulating the release of cytokines from microglia.

ABSTRACT Microglia, the brain’s resident immune cells, have been implicated in important brain functions, such as synaptic transmission and plasticity. The pro-inflammatory cytokine tumor necrosis factor α (TNFα), which is produced and secreted by microglia, has been linked to the expression of synaptic plasticity in neurons. However, the role of TNFα-mediated activation of microglia has not been addressed in this context. Here, we assessed concentration-dependent effects of TNFα on the balance of synaptic excitation/inhibition and the activation of microglia using mouse organotypic entorhino-hippocampal tissue cultures. We found that low concentrations of TNFα enhanced excitatory synaptic strength while not affecting inhibitory neurotransmission. At higher concentrations, TNFα increased inhibitory neurotransmission without affecting excitatory synaptic strength. Both low and high concentrations of TNFα induced the synaptic accumulation of GluA1-containing AMPA receptors, suggesting that a high concentration of TNFα exerts a homeostatic effect on excitatory neurotransmission that prevents synaptic strengthening. Consistent with this, high, but not low, concentrations of TNFα activated microglia. Moreover, high concentrations of TNFα enhanced excitatory neurotransmission in microglia-depleted tissue cultures. These findings extend our knowledge on the role of TNFα on synaptic plasticity by demonstrating concentration-dependent effects on excitatory and inhibitory neurotransmission. They reveal a TNFα-mediated negative feedback mechanism on excitatory neurotransmission that is dependent on the activation of microglia, thereby emphasizing their role as gatekeepers of TNFα-mediated plasticity and homeostasis.