Th17 cells have critical roles in mucosal defense and are major contributors to inflammatory disease. Their differentiation requires the nuclear hormone receptor RORγt working with multiple other essential transcription factors (TFs). We have used an iterative systems approach, combining genome-wide TF occupancy, expression profiling of TF mutants, and expression time series to delineate the Th17 global transcriptional regulatory network. We find that cooperatively bound BATF and IRF4 contribute to initial chromatin accessibility and, with STAT3, initiate a transcriptional program that is then globally tuned by the lineage-specifying TF RORγt, which plays a focal deterministic role at key loci. Integration of multiple data sets allowed inference of an accurate predictive model that we computationally and experimentally validated, identifying multiple new Th17 regulators, including Fosl2, a key determinant of cellular plasticity. This interconnected network can be used to investigate new therapeutic approaches to manipulate Th17 functions in the setting of inflammatory disease.

Transrepression is widely utilized to negatively regulate gene expression, but the mechanisms by which different nuclear receptors effect gene- and signal-specific transrepression programs remain poorly understood. Here, we report the identification of alternative SUMOylation-dependent mechanisms that enable PPARgamma and LXRs to negatively regulate overlapping but distinct subsets of proinflammatory genes. Ligand-dependent conjugation of SUMO2/3 to LXRs or SUMO1 to PPARgamma targets them to promoters of TLR target genes, where they prevent the signal-dependent removal of NCoR corepressor complexes required for transcriptional activation. SUMO1-PPARgamma and SUMO2/3-LXRs inhibit distinct NCoR clearance mechanisms, allowing promoter- and TLR-specific patterns of repression. Mutational analysis and studies of naturally occurring oxysterol ligands indicate that the transactivation and SUMOylation-dependent transrepression activities of LXRs can be independently regulated. These studies define parallel but functionally distinct pathways that are utilized by PPARgamma and LXRs to differentially regulate complex programs of gene expression that control immunity and homeostasis.

Summary

 RORγt⁺ Th17 cells are important for mucosal defenses but also contribute to autoimmune disease. They accumulate in the intestine in response to microbiota and produce IL-17 cytokines. Segmented filamentous bacteria (SFB) are Th17-inducing commensals that potentiate autoimmunity in mice. RORγt⁺ T cells were induced in mesenteric lymph nodes early after SFB colonization and distributed across different segments of the gastrointestinal tract. However, robust IL-17A production was restricted to the ileum, where SFB makes direct contact with the epithelium and induces serum amyloid A proteins 1 and 2 (SAA1/2), which promote local IL-17A expression in RORγt⁺ T cells. We identified an SFB-dependent role of type 3 innate lymphoid cells (ILC3), which secreted IL-22 that induced epithelial SAA production in a Stat3-dependent manner. This highlights the critical role of tissue microenvironment in activating effector functions of committed Th17 cells, which may have important implications for how these cells contribute to inflammatory disease.

Abstract Interleukin IL-17 cytokines are central regulators of mucosal homeostasis and disease. In mouse models of colonic tissue injury, IL-17A promotes epithelial barrier functions and restricts local inflammation. Here, we report that IL-17A production by the diverse T lymphocyte subsets is dynamically regulated at different stages of colitis pathogenesis. During the onset and peak of the disease, Tγδ17 cells are the major IL-17A producers, while Th17 activity is temporally restricted by long non-coding RNA (lncRNA) Malat1. In response to IL-6 and TGFβ signaling, Malat1 is recruited to the Th17-specific cis-regulatory elements, CNS3 and CNS4, of the Il17a locus to fine-tune bivalent super-enhancer activities and repress local transcription. During the resolution phase of inflammation, Malat1 expression is down-regulated to enhance Th17 activities, allowing Th17 cells to emerge as the main producers of IL-17A in the colonic lamina propria. Genetic ablation of Malat1 potentiates IL-17A production in Th17 cells and improves disease outcomes in mouse models of colitis. These findings uncover a surprising role of a chromatin-associated lncRNA in regulating colonic Th17-specific responses to control the timing of inflammation resolution. Significance Statement T cells are critical modulators of mucosal barrier function and inflammation. The function of long-noncoding RNAs (lncRNAs) in T cells and their role in mucosal inflammation remain elusive. Here, we identify an essential role of the lncRNA Malat1 restricting transcription of the Il17a locus in Th17 cells encoding a cytokine implicated in epithelial barrier function post-injury. By controlling the activity of the bivalent super-enhancer at the Il17a locus, Malat1 regulates the timing of inflammation resolution in the intestine. The Malat1- Il17a pathway reveals new targets for combating mucosal diseases. Graphic Abstract

During an immune response to microbial infection, CD8+ T cells give rise to distinct classes of cellular progeny that coordinately mediate clearance of the pathogen and provide long-lasting protection against reinfection, including a subset of non-circulating tissue-resident memory (TRM) cells that mediate potent protection within non-lymphoid tissues. Here, we utilized single-cell RNA-sequencing to examine the gene expression patterns of individual CD8+ T cells in the spleen and small intestine intraepithelial lymphocyte (siIEL) compartment throughout the course of their differentiation in response to viral infection. These analyses revealed previously unknown transcriptional heterogeneity within the siIEL CD8+ T cell population at several states of differentiation, representing functionally distinct TRM cell subsets as well as a subset of TRM cell precursors within the tissue early in infection. Taken together, these findings may inform strategies to optimize CD8+ T cell responses to protect against microbial infection and cancer.

ABSTRACT Intestine homeostasis is maintained by the delicate balance of Th17 effector cells and Treg cells. Dysregulation of these cell populations contributes to inflammation, tissue damage, and chronic conditions. RORγt is essential for the differentiation of Th17 and a subset of Treg (RORγt + Treg) cells involved in intestinal inflammation. RORγt belongs to the nuclear receptor family of transcription factors with hinge regions that are highly flexible for co-activator/co-repressor interactions. Serine 182 at the hinge region of RORγt is phosphorylated. This study aims to uncover how S182 on RORγt contributes to mucosal homeostasis and diseases. We used CRISRP technology to generate a phosphor-null knock-in mutant mouse line (RORγt S182A ) to assess its role in intestine physiology. scRNA-seq was performed on WT and RORγt S182A cohoused littermates to evaluate colonic T cell heterogeneity under steady state and colitis settings. Single-cell transcriptomics revealed that RORγt S182 maintains colonic T cell heterogeneity under steady state, without interfering T cell development and differentiation. In inflamed tissues, RORγt S182 simultaneously restricts IL-1β-mediated Th17 activities and promotes anti-inflammatory cytokine IL-10 production in LT-like Treg cells. Phospho-null RORγt S182A knock-in mice challenged with DSS induced colitis and EAE experienced delayed recovery and exacerbated pathology. The double switch role of RORγt S182 is critical in resolving T cell-mediated inflammation and provides a potential therapeutic target to combat autoimmune diseases.

SUMMARY ADAR1 and ADAR2 catalyze adenosine-to-inosine (A-to-I) editing, the most common post-transcriptional modification in RNA. While ADAR1 is ubiquitously expressed and plays a critical role in preventing activation of the host immune system, ADAR2 exhibits tissue-specific and inducible expression patterns, and its function in the immune system is not known. Here, we identify an intragenic super-enhancer involved in the dramatic induction of ADAR2 when naïve helper T cells differentiate toward the Th17 lineage. By editing the inverted repeat sequences at the 3’ untranslated region (UTR) of Malt1 , which encodes a component of the NF-κB activation complex, ADAR2 promotes MALT1 expression and Th17 effector function. Interference with the ADAR2-MALT1 pathway dampens the production of Th17 cytokines and promotes T cell-mediated colitis. This study expands our understanding of RNA editing in adaptive immunity and identifies the ADAR2-MALT1-IL-17A axis as a potential therapeutic target for inflammatory conditions in the intestine.

Tumorigenesis in different segments of the intestinal tract involves tissue-specific oncogenic drivers. In the colon, complement component 3 (C3) activation is a major contributor to inflammation and malignancies. By contrast, tumorigenesis in the small intestine involves fatty acid-binding protein 1 (FABP1). However, little is known of the upstream mechanisms driving their expressions in different segments of the intestinal tract. Here, we report that an RNA binding protein DDX5 augments C3 and FABP1 expressions post-transcriptionally to promote tumorigenesis in the colon and small intestine, respectively. Mice with epithelial-specific knockout of DDX5 are protected from intestine tumorigenesis. The identification of DDX5 as the common upstream regulator of tissue-specific oncogenic molecules provides a new therapeutic target for intestine cancers.