Abstract Inflammatory bowel diseases (IBD) are characterized by chronic relapsing inflammation of the gastrointestinal tract. While the molecular causality between endoplasmic reticulum (ER) stress and intestinal inflammation is widely accepted, the metabolic consequences of chronic ER-stress on the pathophysiology of IBD remain unclear. By using in vitro , ex vivo , in vivo mouse models and patient datasets, we identified a distinct polarisation of the mitochondrial one-carbon (1C) metabolism and a fine-tuning of the amino acid uptake in intestinal epithelial cells tailored to support GSH and NADPH metabolism upon chronic ER-stress. This metabolic phenotype strongly correlates with IBD severity and therapy-response. Mechanistically, we uncover that both chronic ER-stress and serine limitation disrupt cGAS/STING-signalling, impairing the epithelial response against viral and bacterial infection, fuelling experimental enteritis. Consequently, antioxidant treatment restores STING function and virus control. Collectively, our data highlight the importance of the plasticity of serine metabolism to allow proper cGAS/STING-signalling and innate immune responses upon chronic inflammation in the gut.

Abstract Chronic inflammatory diseases (CID) are systems disorders affecting various organs including the intestine, joint and skin. The essential amino acid tryptophan (Trp) is not only used for protein synthesis but can also be catabolized to various bioactive derivatives that are important for cellular energy metabolism and immune regulation. Increased Trp catabolism via the kynurenine pathway is seen across individual CID entities 1–5 . Here, we assessed the levels of Trp and tryptophan derivatives across 13 CID to investigate the extent and nature of Trp wasting as a systems phenomenon in CID. We found reduced serum Trp levels across the majority of CID and a prevailing negative relationship between Trp and systemic inflammatory marker C-reactive protein (CRP). Increases in the kynurenine-to-Trp ratio (Kyn:Trp) indicate that the kynurenine pathway is a major route for CID-related Trp wasting. However, the extent of Trp depletion and its relationship with disease activity varies by disease, indicating potential differences in Trp metabolism. In addition, we find that amino acid catabolism in chronic inflammation is specific to tryptophan wasting, whereas other proteinogenic amino acids are not affected. Hence, our results suggest that increased Trp catabolism is a common metabolic occurrence in CID that may directly affect systemic immunity. Grant support This work was supported by the DFG Cluster of Excellence 1261 “Precision medicine in chronic inflammation” (KA, SSchr, PR, BH, SWa), the BMBF (e:Med Juniorverbund “Try-IBD” 01ZX1915A and 01ZX2215, the e:Med Network iTREAT 01ZX2202A, and GUIDE-IBD 031L0188A), DFG RU5042 (PR, KA), and Innovative Medicines Initiative 2 Joint Undertakings (“Taxonomy, Treatments, Targets and Remission”, No. 831434, “ImmUniverse”, grant agreement No. 853995, “BIOMAP”, grant agreement No. 821511).