Small molecules that perturb chromatin proteins are an emerging focus of current biomedical research. Two groups reporting in this issue have targeted bromodomain-containing BET proteins that bind acetylated lysine residues during gene activation, arriving at cell-permeable small molecule compounds with similar structures based on fused triazole-diazepine rings. James Bradner and colleagues report the development of a compound named JQ1. The BET protein BRD4, with two bromodomains, is implicated in human squamous cell carcinoma. JQ1 inhibits the growth of BRD4-dependent tumours in mouse models. Alexander Tarakhovsky and colleagues' inhibitor, I-BET, is shown to interfere with the binding of certain BET family members to acetylated histones. It inhibits activation of pro-inflammatory genes in macrophages and has immunomodulatory activity in a mouse model of inflammatory disease. Post-translationally modified histones are recognized by effector proteins which contain specific binding modules; for example, the bromodomain-containing BET proteins bind acetylated lysine residues during gene activation. Here a synthetic small molecule is described that interferes with the binding of certain BET family members to acetylated histones. The compound inhibits activation of pro-inflammatory genes in macrophages and has activity in a mouse model of inflammatory disease. Interaction of pathogens with cells of the immune system results in activation of inflammatory gene expression. This response, although vital for immune defence, is frequently deleterious to the host due to the exaggerated production of inflammatory proteins. The scope of inflammatory responses reflects the activation state of signalling proteins upstream of inflammatory genes as well as signal-induced assembly of nuclear chromatin complexes that support mRNA expression1,2,3,4. Recognition of post-translationally modified histones by nuclear proteins that initiate mRNA transcription and support mRNA elongation is a critical step in the regulation of gene expression5,6,7,8,9,10. Here we present a novel pharmacological approach that targets inflammatory gene expression by interfering with the recognition of acetylated histones by the bromodomain and extra terminal domain (BET) family of proteins. We describe a synthetic compound (I-BET) that by ‘mimicking’ acetylated histones disrupts chromatin complexes responsible for the expression of key inflammatory genes in activated macrophages, and confers protection against lipopolysaccharide-induced endotoxic shock and bacteria-induced sepsis. Our findings suggest that synthetic compounds specifically targeting proteins that recognize post-translationally modified histones can serve as a new generation of immunomodulatory drugs.

SummaryDendritic cells (DCs), critical antigen-presenting cells for immune control, normally derive from bone marrow precursors distinct from monocytes. It is not yet established if the large reservoir of monocytes can develop into cells with critical features of DCs in vivo. We now show that fully differentiated monocyte-derived DCs (Mo-DCs) develop in mice and DC-SIGN/CD209a marks the cells. Mo-DCs are recruited from blood monocytes into lymph nodes by lipopolysaccharide and live or dead gram-negative bacteria. Mobilization requires TLR4 and its CD14 coreceptor and Trif. When tested for antigen-presenting function, Mo-DCs are as active as classical DCs, including cross-presentation of proteins and live gram-negative bacteria on MHC I in vivo. Fully differentiated Mo-DCs acquire DC morphology and localize to T cell areas via L-selectin and CCR7. Thus the blood monocyte reservoir becomes the dominant presenting cell in response to select microbes, yielding DC-SIGN+ cells with critical functions of DCs.Graphical abstractGraphical AbstractHighlights► Blood monocytes rapidly and fully differentiate to lymph node dendritic cells, Mo-DCs ► The stimulus is gram-negative bacteria or lipopolysaccharide via TLR4, CD14, and Trif ► DC-SIGN/CD209a marks Mo-DCs but is not required for them to form; CD62L and CCR7 are TLR4 ► Mo-DCs are as potent as classical DCs for presenting proteins on MHC I and II

Canonical animal microRNAs (miRNAs) are generated by sequential cleavage of precursor substrates by the Drosha and Dicer RNase III enzymes. Several variant pathways exploit other RNA metabolic activities to generate functional miRNAs. However, all of these pathways culminate in Dicer cleavage, suggesting that this is a unifying feature of miRNA biogenesis. Here, we show that maturation of miR-451, a functional miRNA that is perfectly conserved among vertebrates, is independent of Dicer. Instead, structure-function and knockdown studies indicate that Drosha generates a short pre-mir-451 hairpin that is directly cleaved by Ago2 and followed by resection of its 3' terminus. We provide stringent evidence for this model by showing that Dicer knockout cells can generate mature miR-451 but not other miRNAs, whereas Ago2 knockout cells reconstituted with wild-type Ago2, but not Slicer-deficient Ago2, can process miR-451. Finally, we show that the mir-451 backbone is amenable to reprogramming, permitting vector-driven expression of diverse functional miRNAs in the absence of Dicer. Beyond the demonstration of an alternative strategy to direct gene silencing, these observations open the way for transgenic rescue of Dicer conditional knockouts.

The similarities and differences between trained immunity and other immune processes are the subject of intense interrogation. Therefore, a consensus on the definition of trained immunity in both in vitro and in vivo settings, as well as in experimental models and human subjects, is necessary for advancing this field of research. Here we aim to establish a common framework that describes the experimental standards for defining trained immunity.

Summary How mis-regulated chromatin directly impacts human immunological disease is poorly understood. Speckled Protein 140 (SP140) is an immune-restricted PHD and bromodomain-containing chromatin ‘reader’ whose loss-of-function associates with Crohn’s disease (CD), multiple sclerosis (MS) and chronic lymphocytic leukemia (CLL). However, mechanisms underlying SP140-driven pathogenicity and therapeutic approaches that rescue SP140 remain unexplored. Using a global proteomic strategy, we identified SP140 as a repressor of topoisomerases (TOP) that maintains heterochromatin and immune cell fate. In humans and mice, SP140 loss resulted in unleashed TOP activity, genome instability, severely compromised lineage-defining and microbe-inducible innate transcriptional programs and defective bacterial killing. Pharmacological inhibition of TOP1 or TOP2 rescued these defects. Furthermore, exacerbated colitis was restored with TOP1 or TOP2 inhibitors in Sp140 −/− mice, but not wild-type mice, in vivo. Collectively, we identify SP140 as a repressor of topoisomerases and reveal repurposing of TOP inhibition as a precision strategy for reversing SP140-driven immune disease.

Summary Altered enteric microorganisms in concert with host genetics shape inflammatory bowel disease (IBD) phenotypes. However, insight is limited to bacteria and fungi. We found virus like particles (VLPs) enriched from normal human colon resections, containing eukaryotic viruses and bacteriophages (collectively, the virome), actively elicited atypical anti-inflammatory innate immune programs. Conversely, IBD patient VLPs provoked inflammation, which was successfully dampened by healthy VLPs. The IBD colon tissue virome was perturbed, including enriched Picornovirus Enterovirus B, not previously observed in fecal virome studies. Mice with humanized healthy colon tissue viromes had attenuated intestinal inflammation while those with IBD-derived viromes exhibited exacerbated inflammation in a nucleic acid sensing-dependent fashion. Furthermore, there were detrimental consequences for IBD-associated MDA5 loss-of-function on patient intestinal epithelial cells exposed to healthy or IBD viromes. Our results demonstrate that innate recognition of either healthy or IBD human viromes autonomously influences disease phenotypes in IBD. Harnessing the virome may offer therapeutic and biomarker potential. One Sentence Summary Human viromes divergently shape host immunity and disease

Reversible genomic DNA-inversions control expression of numerous bacterial molecules in the human gut, but how this relates to disease remains uncertain. By analyzing metagenomic samples from six human Inflammatory Bowel Disease (IBD) cohorts combined with mice experimentation, we identified multiple invertible regions in which a particular orientation was correlated with disease. These include the promoter of the anti-inflammatory polysaccharide-A (PSA) of Bacteroides fragilis , which is mostly oriented OFF during inflammation but switches to the ON orientation when inflammation is resolved. We further detected increased abundances of Bacteroides fragilis associated bacteriophages in patients with the PSA OFF orientation. Isolation and analysis of a Bacteroides fragilis associated bacteriophage revealed that it induced the PSA OFF switch, thereby altering the bacterial induced immune modulation. Altogether, we reveal large-scale dynamic and reversible bacterial phase variations driven both by bacteriophages and the host inflammatory state signifying bacterial functional plasticity and suggesting potential clinical interventions.

ATP fuels crucial cellular processes and is obtained mostly by oxidative phosphorylation (OXPHOS) at the inner mitochondrial membrane. While significant progress has been made in mechanistic understanding of ATP production, critical aspects surrounding its substrate supply logistics are poorly understood. We identify an interaction between mitochondrial apoptosis-inducing factor 1 (AIFM1) and adenylate kinase 2 (AK2) as gatekeeper of ATP synthase. This interaction is NADH-dependent and influenced by glycolysis, linking it to the cell's metabolic state. Genetic interference with AIFM1/AK2 association impedes the ability of Caenorhabditis elegans animals to handle altered metabolic rates and nutrient availability. Together, the results imply AIFM1 as a cellular NADH sensor, placing AK2 next to the OXPHOS complexes for local ADP regeneration as the substrate for ATP synthesis. This metabolic signal relay balances ATP synthase substrate supply against ATP conservation, enabling cells to adapt to fluctuating energy availability, with possible implications for AIFM1-related mitochondrial diseases.

ABSTRACT In the free-living nematode Caenorhabditis elegans the transmembrane protein SID-2 imports double-stranded RNA into intestinal cells to trigger systemic RNA interference (RNAi), allowing organisms to sense and respond to environmental cues such as the presence of pathogens. This process, known as environmental RNAi, has not been observed in the most closely related parasites that are also within clade V. Previous sequence-based searches failed to identify sid-2 orthologs in available clade V parasite genomes. In this study we identified sid-2 orthologues in these parasites using genome synteny and protein structure-based comparison, following identification of a SID-2 orthologue in extracellular vesicles from the murine intestinal parasitic nematode Heligmosomoides bakeri . Expression of GFP-tagged H. bakeri SID-2 in C. elegans showed comparable localisation to the intestinal apical membrane as seen for GFP-tagged C. elegans SID-2 and further showed mobility in intestinal cells in vesicle-like structures. We tested the capacity of H. bakeri SID-2 to functionally complement environmental RNAi in a C. elegans SID-2 null mutant and show that H. bakeri SID-2 does not rescue the phenotype in this context. Therefore, our work identifies SID-2 as a highly abundant nematode EV protein whose ancestral function may be unrelated to environmental RNA and rather highlights an association with extracellular vesicle-mediated communication in free-living and parasitic nematodes.

Abstract Inflammatory bowel disease (IBD) is driven by host genetics and environmental factors, including commensal microorganisms. Epigenetics facilitate integration of environmental cues for transcriptional output. However, evidence of epigenetic dysregulation directly causing host-commensal dysbiosis and IBD is lacking. Speckled Protein 140 (SP140) is an immune-restricted chromatin ‘reader’ with homology to Autoimmune Regulator (AIRE). SP140 mutations associate with three immune diseases: Crohn’s disease (CD), multiple sclerosis (MS) and chronic lymphocytic leukemia (CLL), but disease-causing mechanisms remain undefined. Here we identify a critical immune-intrinsic role for SP140 in preventing expansion of inflammatory Proteobacteria, including Helicobacter in mice and Enterobacteriaceae in humans. Mice harboring altered microbiota due to hematopoietic Sp140 deficiency exhibited severe colitis which was transmissible upon co-housing and ameliorated with antibiotics. SP140 was critical for calibration of macrophage microbicidal responses required for normal host-commensal crosstalk and elimination of invasive pathogens. Mutations within this epigenetic reader may constitute a predisposing event in human diseases provoked by the microbiome, such as IBD and MS.