Crohn's disease is a chronic inflammatory disorder of the gastrointestinal tract, which is thought to result from the effect of environmental factors in a genetically predisposed host. A gene location in the pericentromeric region of chromosome 16, IBD1, that contributes to susceptibility to Crohn's disease has been established through multiple linkage studies1,2,3,4,5,6, but the specific gene(s) has not been identified. NOD2, a gene that encodes a protein with homology to plant disease resistance gene products is located in the peak region of linkage on chromosome 16 (ref. 7). Here we show, by using the transmission disequilibium test and case-control analysis, that a frameshift mutation caused by a cytosine insertion, 3020insC, which is expected to encode a truncated NOD2 protein, is associated with Crohn's disease. Wild-type NOD2 activates nuclear factor NF-κB, making it responsive to bacterial lipopolysaccharides; however, this induction was deficient in mutant NOD2. These results implicate NOD2 in susceptibility to Crohn's disease, and suggest a link between an innate immune response to bacterial components and development of disease.

The discovery of a series of genetic and serological markers associated with disease susceptibility and phenotype in inflammatory bowel disease has led to the prospect of an integrated classification system involving clinical, serological and genetic parameters. The Working Party has reviewed current clinical classification systems in Crohn’s disease, ulcerative colitis and indeterminate colitis, and provided recommendations for clinical classification in practice. Progress with respect to integrating serological and genetic markers has been examined in detail, and the implications are discussed. While an integrated system is not proposed for clinical use at present, the introduction of a widely acceptable clinical subclassification is strongly advocated, which would allow detailed correlations among serotype, genotype and clinical phenotype to be examined and confirmed in independent cohorts of patients and, thereby, provide a vital foundation for future work.

The inflammatory bowel diseases Crohn's disease and ulcerative colitis are common, chronic disorders that cause abdominal pain, diarrhea, and gastrointestinal bleeding. To identify genetic factors that might contribute to these disorders, we performed a genome-wide association study. We found a highly significant association between Crohn's disease and the IL23R gene on chromosome 1p31, which encodes a subunit of the receptor for the proinflammatory cytokine interleukin-23. An uncommon coding variant (rs11209026, c.1142G>A, p.Arg381Gln) confers strong protection against Crohn's disease, and additional noncoding IL23R variants are independently associated. Replication studies confirmed IL23R associations in independent cohorts of patients with Crohn's disease or ulcerative colitis. These results and previous studies on the proinflammatory role of IL-23 prioritize this signaling pathway as a therapeutic target in inflammatory bowel disease.

We present a genome-wide association study of ileal Crohn disease and two independent replication studies that identify several new regions of association to Crohn disease. Specifically, in addition to the previously established CARD15 and IL23R associations, we identified strong and significantly replicated associations (combined P < 10−10) with an intergenic region on 10q21.1 and a coding variant in ATG16L1, the latter of which was also recently reported by another group. We also report strong associations with independent replication to variation in the genomic regions encoding PHOX2B, NCF4 and a predicted gene on 16q24.1 (FAM92B). Finally, we demonstrate that ATG16L1 is expressed in intestinal epithelial cell lines and that functional knockdown of this gene abrogates autophagy of Salmonella typhimurium. Together, these findings suggest that autophagy and host cell responses to intracellular microbes are involved in the pathogenesis of Crohn disease.

Mark Daly, Manuel Rivas and colleagues used next-generation sequencing to study the coding exons of 56 genes from regions previously associated with Crohn's disease. Follow-up analyses in independent case-control series confirmed association of many newly discovered rare variants with disease risk. More than 1,000 susceptibility loci have been identified through genome-wide association studies (GWAS) of common variants; however, the specific genes and full allelic spectrum of causal variants underlying these findings have not yet been defined. Here we used pooled next-generation sequencing to study 56 genes from regions associated with Crohn's disease in 350 cases and 350 controls. Through follow-up genotyping of 70 rare and low-frequency protein-altering variants in nine independent case-control series (16,054 Crohn's disease cases, 12,153 ulcerative colitis cases and 17,575 healthy controls), we identified four additional independent risk factors in NOD2, two additional protective variants in IL23R, a highly significant association with a protective splice variant in CARD9 (P < 1 × 10−16, odds ratio ≈ 0.29) and additional associations with coding variants in IL18RAP, CUL2, C1orf106, PTPN22 and MUC19. We extend the results of successful GWAS by identifying new, rare and probably functional variants that could aid functional experiments and predictive models.

BackgroundCrohn's disease and ulcerative colitis are the two major forms of inflammatory bowel disease; treatment strategies have historically been determined by this binary categorisation. Genetic studies have identified 163 susceptibility loci for inflammatory bowel disease, mostly shared between Crohn's disease and ulcerative colitis. We undertook the largest genotype association study, to date, in widely used clinical subphenotypes of inflammatory bowel disease with the goal of further understanding the biological relations between diseases.MethodsThis study included patients from 49 centres in 16 countries in Europe, North America, and Australasia. We applied the Montreal classification system of inflammatory bowel disease subphenotypes to 34 819 patients (19 713 with Crohn's disease, 14 683 with ulcerative colitis) genotyped on the Immunochip array. We tested for genotype–phenotype associations across 156 154 genetic variants. We generated genetic risk scores by combining information from all known inflammatory bowel disease associations to summarise the total load of genetic risk for a particular phenotype. We used these risk scores to test the hypothesis that colonic Crohn's disease, ileal Crohn's disease, and ulcerative colitis are all genetically distinct from each other, and to attempt to identify patients with a mismatch between clinical diagnosis and genetic risk profile.FindingsAfter quality control, the primary analysis included 29 838 patients (16 902 with Crohn's disease, 12 597 with ulcerative colitis). Three loci (NOD2, MHC, and MST1 3p21) were associated with subphenotypes of inflammatory bowel disease, mainly disease location (essentially fixed over time; median follow-up of 10·5 years). Little or no genetic association with disease behaviour (which changed dramatically over time) remained after conditioning on disease location and age at onset. The genetic risk score representing all known risk alleles for inflammatory bowel disease showed strong association with disease subphenotype (p=1·65 × 10−78), even after exclusion of NOD2, MHC, and 3p21 (p=9·23 × 10−18). Predictive models based on the genetic risk score strongly distinguished colonic from ileal Crohn's disease. Our genetic risk score could also identify a small number of patients with discrepant genetic risk profiles who were significantly more likely to have a revised diagnosis after follow-up (p=6·8 × 10−4).InterpretationOur data support a continuum of disorders within inflammatory bowel disease, much better explained by three groups (ileal Crohn's disease, colonic Crohn's disease, and ulcerative colitis) than by Crohn's disease and ulcerative colitis as currently defined. Disease location is an intrinsic aspect of a patient's disease, in part genetically determined, and the major driver to changes in disease behaviour over time.FundingInternational Inflammatory Bowel Disease Genetics Consortium members funding sources (see Acknowledgments for full list).

Mark Daly, Ramnik Xavier and colleagues report that a 20-kb deletion polymorphism upstream of IRGM is associated with altered IRGM expression and Crohn's disease. They also show that manipulation of IRGM levels in cells modulated the efficiency of autophagic responses to internalized bacteria, suggesting a mechanism by which the deletion variant might influence disease risk. Following recent success in genome-wide association studies, a critical focus of human genetics is to understand how genetic variation at implicated loci influences cellular and disease processes. Crohn's disease (CD) is associated with SNPs around IRGM1,2, but coding-sequence variation has been excluded as a source of this association2. We identified a common, 20-kb deletion polymorphism, immediately upstream of IRGM and in perfect linkage disequilibrium (r2 = 1.0) with the most strongly CD-associated SNP, that causes IRGM to segregate in the population with two distinct upstream sequences. The deletion (CD risk) and reference (CD protective) haplotypes of IRGM showed distinct expression patterns. Manipulation of IRGM expression levels modulated cellular autophagy of internalized bacteria, a process implicated in CD. These results suggest that the CD association at IRGM arises from an alteration in IRGM regulation that affects the efficacy of autophagy and identify a common deletion polymorphism as a likely causal variant.

Mark Seielstad and colleagues report results of a large genome-wide association and replication study of ulcerative colitis. The work identifies several new risk loci for this disease and provides further insight into the shared pathogenesis of ulcerative colitis and Crohn's disease. Ulcerative colitis is a chronic, relapsing inflammatory condition of the gastrointestinal tract with a complex genetic and environmental etiology. In an effort to identify genetic variation underlying ulcerative colitis risk, we present two distinct genome-wide association studies of ulcerative colitis and their joint analysis with a previously published scan1, comprising, in aggregate, 2,693 individuals with ulcerative colitis and 6,791 control subjects. Fifty-nine SNPs from 14 independent loci attained an association significance of P < 10−5. Seven of these loci exceeded genome-wide significance (P < 5 × 10−8). After testing an independent cohort of 2,009 cases of ulcerative colitis and 1,580 controls, we identified 13 loci that were significantly associated with ulcerative colitis (P < 5 × 10−8), including the immunoglobulin receptor gene FCGR2A, 5p15, 2p16 and ORMDL3 (orosomucoid1-like 3). We confirmed association with 14 previously identified ulcerative colitis susceptibility loci, and an analysis of acknowledged Crohn's disease loci showed that roughly half of the known Crohn's disease associations are shared with ulcerative colitis. These data implicate approximately 30 loci in ulcerative colitis, thereby providing insight into disease pathogenesis.

Background & AimsChronic inflammatory bowel diseases such as ulcerative colitis (UC) are associated with differential expression of genes involved in inflammation and tissue remodeling. MicroRNAs (miRNAs), which direct mRNA degradation and translational inhibition, influence a number of disease processes. We examined whether miRNAs are differentially expressed in UC tissues and are associated with expression of genes that regulate inflammation.MethodsmiRNA expression was assessed in patients with active UC, inactive UC, Crohn's disease, irritable bowel syndrome, infectious colitis, and microscopic colitis, as well as in healthy subjects by microarray, quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction and in situ hybridization analyses. Colonic epithelial cell (HT29) expression of miRNAs was assessed. Regulation of gene expression by miRNAs was assessed by luciferase reporter construct assays and transfection of specific miRNA mimics.ResultsActive UC was associated with the differential expression of 11 miRNAs; 3 were significantly decreased and 8 were significantly increased in UC tissues. In situ hybridization analysis indicated that miR-192, an miRNA with decreased expression in active UC, was predominantly localized to colonic epithelial cells. Macrophage inflammatory peptide (MIP)-2α, a chemokine expressed by epithelial cells, was identified as a target of miR-192. In colon epithelial cells, induction of MIP-2α expression by tumor necrosis factor-α was accompanied by a concomitant reduction in miR-192 expression and miR-192 was observed to regulate the expression of MIP-2α.ConclusionsThese findings expand the known roles of miRNAs, indicating that tissues from patients with UC, and possibly other chronic inflammatory diseases, have altered miRNA expression patterns. These findings also demonstrate that miRNAs regulate colonic epithelial cell-derived chemokine expression. Chronic inflammatory bowel diseases such as ulcerative colitis (UC) are associated with differential expression of genes involved in inflammation and tissue remodeling. MicroRNAs (miRNAs), which direct mRNA degradation and translational inhibition, influence a number of disease processes. We examined whether miRNAs are differentially expressed in UC tissues and are associated with expression of genes that regulate inflammation. miRNA expression was assessed in patients with active UC, inactive UC, Crohn's disease, irritable bowel syndrome, infectious colitis, and microscopic colitis, as well as in healthy subjects by microarray, quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction and in situ hybridization analyses. Colonic epithelial cell (HT29) expression of miRNAs was assessed. Regulation of gene expression by miRNAs was assessed by luciferase reporter construct assays and transfection of specific miRNA mimics. Active UC was associated with the differential expression of 11 miRNAs; 3 were significantly decreased and 8 were significantly increased in UC tissues. In situ hybridization analysis indicated that miR-192, an miRNA with decreased expression in active UC, was predominantly localized to colonic epithelial cells. Macrophage inflammatory peptide (MIP)-2α, a chemokine expressed by epithelial cells, was identified as a target of miR-192. In colon epithelial cells, induction of MIP-2α expression by tumor necrosis factor-α was accompanied by a concomitant reduction in miR-192 expression and miR-192 was observed to regulate the expression of MIP-2α. These findings expand the known roles of miRNAs, indicating that tissues from patients with UC, and possibly other chronic inflammatory diseases, have altered miRNA expression patterns. These findings also demonstrate that miRNAs regulate colonic epithelial cell-derived chemokine expression.

Inflammatory bowel diseases (IBDs) are complex, multifactorial disorders that comprise Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC). Genome-wide association studies have identified approximately 100 loci that are significantly associated with IBD. These loci implicate a diverse array of genes and pathophysiologic mechanisms, including microbe recognition, lymphocyte activation, cytokine signaling, and intestinal epithelial defense. Consistent with epidemiologic predictions, many IBD-associated loci demonstrate genome-wide significant associations to both CD and UC, notably, genes whose products function in the interleukin-23 pathway, and transcription factors, including NK2 transcription factor related, locus 3 (NKX2-3), SMAD3, STAT3, ZMIZ1, and c-REL. Although CD and UC are both associated with genomic regions that implicate products of genes involved in leukocyte trafficking, there is evidence for association patterns that are distinct between CD and UC. CD-predominant associations include NOD2 and genes that regulate autophagy. In UC, the predominant association signal is on chromosome 6p21, in the major histocompatibility complex region, near HLA class II genes. UC-predominant loci have also implicated genes mediating epithelial defense function. There is a striking overlap of loci between diseases, which could provide comparative insight into mechanisms of disease pathogenesis. Genes that encode factors that function in the interleukin-23 pathway have been associated with a number of chronic inflammatory diseases, notably psoriasis and ankylosing spondylitis. Distinct genetic associations indicate that the colitis associated with primary sclerosing cholangitis is pathophysiologically distinct from UC that is not associated with primary sclerosing cholangitis. As many as 14 susceptibility loci are shared between IBD and celiac disease, indicating significant overlap in pathophysiology. Future genetic studies will be directed toward identifying uncommon variations with potentially greater statistical effects, defining population differences, and more completely accounting for familial transmission of disease.