SUMMARY We have isolated a mouse strain with a single missense mutation in the gene encoding MLKL, the essential effector of necroptotic cell death. The resulting substitution lies within the two-helix ‘brace’ and confers constitutive, RIPK3 independent, killing activity to MLKL. Mice homozygous for Mlkl D139V develop lethal inflammation within days of birth, implicating the salivary glands and pericardium as hotspots for necroptosis and inflammatory infiltration. The normal development of Mlkl D139V homozygotes until birth, and the absence of any overt phenotype in heterozygotes provides important in vivo precedent for the capacity of cells to clear activated MLKL. These observations offer an important insight into the potential disease-modulating roles of three common human MLKL polymorphisms that encode amino acid substitutions within or adjacent to the brace region. Compound heterozygosity of these variants is found at up to 12-fold the expected frequency in patients that suffer from a pediatric autoinflammatory disease, CRMO.

The total number of acquired melanocytic nevi on the skin is strongly correlated with melanoma risk. Here we report a meta-analysis of 11 nevus GWAS from Australia, Netherlands, United Kingdom, and United States, comprising a total of 52,506 phenotyped individuals. We confirm known loci including MTAP, PLA2G6, and IRF4, and detect novel SNPs at a genome-wide level of significance in KITLG, DOCK8, and a broad region of 9q32. In a bivariate analysis combining the nevus results with those from a recent melanoma GWAS meta-analysis (12,874 cases, 23,203 controls), SNPs near GPRC5A, CYP1B1, PPARGC1B, HDAC4, FAM208B and SYNE2 reached global significance, and other loci, including MIR146A and OBFC1, reached a suggestive level of significance. Overall, we conclude that most nevus genes affect melanoma risk (KITLG an exception), while many melanoma risk loci do not alter nevus count. For example, variants in TERC and OBFC1 affect both traits, but other telomere length maintenance genes seem to affect melanoma risk only. Our findings implicate multiple pathways in nevogenesis via genes we can show to be expressed under control of the MITF melanocytic cell lineage regulator.

Objectives: HLA alleles affect susceptibility to more than 100 diseases, but the mechanisms to account for these genotype-disease associations are largely unknown. HLA-alleles strongly influence predisposition to ankylosing spondylitis (AS) and rheumatoid arthritis (RA). Both AS and RA patients have discrete intestinal and faecal microbiome signatures. Whether these changes are cause or consequence of the diseases themselves is unclear. To distinguish these possibilities, we examine the effect of HLA-B27 and HLA-DRB1 RA-risk alleles on the composition of the intestinal microbiome in healthy individuals. Methods: 568 samples from 6 intestinal sites were collected from 107 otherwise healthy unrelated subjects and stool samples from 696 twin pairs from the TwinsUK cohort. Microbiome profiling was performed using sequencing of the 16S rRNA bacterial marker gene. All patients were genotyped using the Illumina CoreExome SNP microarray, and HLA genotypes were imputed from these data. Results: Association was observed between HLA-B27 genotype, and RA-risk HLA-DRB1 alleles, and overall microbial composition (P=0.0002 and P=0.00001 respectively). These associations were replicated in the TwinsUK cohort stool samples (P=0.023 and P=0.033 respectively). Conclusions: This study shows that the changes in intestinal microbiome composition seen in AS and RA are at least partially due to effects of HLA-B27 and -DRB1 on the gut microbiome. These findings support the hypothesis that HLA alleles operate to cause or increase the risk of these diseases through interaction with the intestinal microbiome, and suggest that therapies targeting the microbiome may be effective in their prevention and/or treatment.

BACKGROUND: Giant cell arteritis (GCA) is the most common form of vasculitis affecting elderly people. It is one of the few true ophthalmic emergencies. GCA is a heterogenous disease, symptoms and signs are variable thereby making it challenging to diagnose and often delaying diagnosis. A temporal artery biopsy is the gold standard to test for GCA, and there are currently no specific biochemical markers to categorize or aid diagnosis of the disease. We aimed to identify a less invasive method to confirm the diagnosis of GCA, as well as to ascertain clinically relevant predictive biomarkers by studying the transcriptome of purified peripheral CD4+ and CD8+ T lymphocytes in patients with GCA. METHODS AND FINDINGS: We recruited 16 patients with histological evidence of GCA at the Royal Victorian Eye and Ear Hospital (RVEEH), Melbourne, Australia, and aimed to collect blood samples at six time points: acute phase, 2-3 weeks, 6-8 weeks, 3 months, 6 months and 12 months after clinical diagnosis. CD4+ and CD8+ T-cells were positively selected at each time point through magnetic-assisted cell sorting (MACS). RNA was extracted from all 195 collected samples for subsequent RNA sequencing. The expression profiles of patients were compared to those of 16 age-matched controls. Over the 12-month study period, polynomial modelling analyses identified 179 and 4 statistically significant transcripts with altered expression profiles (FDR < 0.05) between cases and controls in CD4+ and CD8+ populations, respectively. In CD8+ cells, we identified two transcripts that remained differentially expressed after 12 months, namely SGTB, associated with neuronal apoptosis, and FCGR3A, which has been found in association with Takayasu arteritis (TA), another large vessel vasculitis. We detected genes that correlate with both symptoms and biochemical markers used in the acute setting for predicting long-term prognosis. 15 genes were shared across 3 phenotypes in CD4 and 16 across CD8 cells. In CD8, IL32 was common to 5 phenotypes: a history of Polymyalgia Rheumatica, both visual disturbance and raised neutrophils at the time of presentation, bilateral blindness and death within 12 months. Altered IL32 gene expression could provide risk evaluation of GCA diagnosis at the time of presentation and give an indication of prognosis, which may influence management. CONCLUSIONS: This is the first longitudinal gene expression study undertaken to identify robust transcriptomic biomarkers of GCA. Our results show cell type-specific transcript expression profiles, novel gene-phenotype associations, and uncover important biological pathways for this disease. These data significantly enhance the current knowledge of relevant biomarkers, their association with clinical prognostic markers, as well as potential candidates for detecting disease activity in whole blood samples. In the acute phase, the gene-phenotype relationships we have identified could provide insight to potential disease severity and as such guide us in initiating appropriate patient management.

Abstract Objective Disturbances in immune regulation, intestinal microbial dysbiosis and intestinal inflammation characterize ankylosing spondylitis (AS), which is associated with RUNX3 loss-of-function variants. ZAP70 W163C mutant (SKG) mice have reduced ZAP70 signaling, spondyloarthritis and ileitis. At intestinal epithelial interfaces, lamina propria Foxp3 + regulatory T cells (Treg) and intraepithelial CD4 + CD8αα + TCRαβ + lymphocytes (CD4-IEL) control inflammation. TGF-β and retinoic acid (RA)-producing dendritic cells are required for induction of Treg and for CD4-IEL differentiation from CD4+ conventional or Treg precursors, with upregulation of Runx3 and suppression of ThPOK. We investigated Treg, CD4-IEL, ZAP70 and Runx3 in SKG mice and AS patients. Methods We compared ileal Treg and CD4-IEL numbers and differentiation in BALB/c and SKG mice, and with ZAP70 inhibition, and related differentially-expressed genes in terminal ileum to ChIP-seq-identified Runx3-regulated genes. We compared proportions of CD4-IEL in ileum and CD4 + 8 + T cells in blood of AS patients and healthy controls. Results ZAP70 W163C or ZAP70 inhibition prevented intestinal CD4-IEL but not Foxp3 + Treg differentiation in context of TGF-β and RA in vitro and in vivo, resulting in Runx3 and ThPOK dysregulation. CD4-IEL frequency and expression of tissue resident memory T-cell and Runx3-regulated genes was reduced in SKG intestine. Multiple under-expressed genes were shared with risk SNPs identified in human spondyloarthropathies. CD4-IEL were decreased in AS intestine. Double-positive T cells were reduced and Treg increased in AS peripheral blood. Conclusion High-affinity TCR-ZAP70 signalling is required for Runx3-mediated intestinal CD4-IEL differentiation from Treg. Genetically-encoded relative immunodeficiency of T cells underpins poor intestinal barrier control in mouse and human spondyloarthropathy. What is already known about this subject? Ankylosing spondylitis (AS) is associated with RUNX3 loss-of-function variants. Capacity of the AS T cell receptor repertoire to expand in response to infectious antigens is reduced. Foxp3 + regulatory T cells (Treg) are increased in AS intestine. ZAP70W163C mutant (SKG) mice have reduced ZAP70 signaling, spondyloarthritis (SpA) and ileitis. Intestinal epithelial Foxp3 + Treg and CD4 + CD8 + cytotoxic lymphocytes (CD4-IEL) control local inflammation. CD4-IEL differentiate from Treg, with upregulation of Runx3 and suppression of ThPOK transcription factors. What does this study add? High-affinity TCR-ZAP70 signalling is required for Runx3-mediated intestinal CD4-IEL differentiation from Treg Intestinal CD4-IEL and circulating CD4 + CD8 + T cells are reduced in AS while circulating Treg are increased. Impaired CD8 expression may be correctible by TNF inhibition in AS CD4 + T cells. Deficiencies of Runx3 and tissue-resident CD4-IEL link intestinal dysbiosis and inflammation in mouse and human SpA. How might this influence clinical practice or future developments? Genetically-encoded relative T immunodeficiency underpins poor intestinal barrier control in SpA

To identify targets for novel anabolic medicines for osteoporosis, we recruited a large cohort with unexplained high bone mass (HBM). Exome sequencing identified a rare (minor allele frequency 0.0014) missense mutation in SMAD9 (c.65T>C, p.Leu22Pro) segregating with HBM in an autosomal dominant family. The same mutation was identified in another two unrelated individuals with HBM. In-silico protein modelling predicts the mutation severely disrupts the MH1 DNA-binding domain of SMAD9. Affected individuals have bone mineral density [BMD] Z-Scores +3 to +5, with increased volumetric cortical and trabecular BMD, increased cortical thickness, and low/normal bone turnover. Fractures and nerve compressions are not seen. Both genome-wide, and gene-based association testing of heel estimated-BMD in >362,924 UK-Biobank British subjects showed strong associations with SMAD9 (PGWAS=6x10-16; PGENE =8x10-17). Smad9 is highly expressed in murine osteocytes and zebrafish bone tissue. Our findings support SMAD9 as a novel HBM gene, and a potential novel osteoanabolic target.

Background: Maturity-onset diabetes of the young (MODY) is a heterogeneous group of monogenic disorders of impaired glucose-stimulated insulin secretion (GSIS). Mechanisms include β-cell KATP channel dysfunction (e.g., KCNJ11 (MODY13) or ABCC8 (MODY12) mutations); however, no other β-cell channelopathies have been identified in MODY. Methods: A four-generation family with autosomal dominant non-obese, non-ketotic antibody-negative diabetes, without mutations in known MODY genes, underwent exome sequencing. Whole-cell and single-channel K+ currents, Ca2+ handling, and GSIS were determined in cells expressing either mutated or wild-type (WT) protein. Results: We identified a novel non-synonymous genetic mutation in KCNK16 (NM_001135105: c.341T>C, p.Leu114Pro) segregating with MODY. KCNK16 is the most abundant and β-cell-restricted K+ channel transcript and encodes the two-pore-domain K+ channel TALK-1. Whole-cell K+ currents in transfected HEK293 cells demonstrated drastic (312-fold increase) gain-of-function with TALK-1 Leu144Pro vs. WT, due to greater single channel activity. Glucose-stimulated cytosolic Ca2+ influx was inhibited in mouse islets expressing TALK-1 Leu114Pro (area under the curve [AUC] at 20mM glucose: Leu114Pro 60.1 vs. WT 89.1; P=0.030) and less endoplasmic reticulum calcium storage (cyclopiazonic acid-induced release AUC: Leu114Pro 17.5 vs. WT 46.8; P=0.008). TALK-1 Leu114Pro significantly blunted GSIS compared to TALK-1 WT in both mouse (52% decrease, P=0.039) and human (38% decrease, P=0.019) islets. Conclusions: Our data identify a novel MODY-associated gene, KCNK16 ; with a gain-of-function mutation limiting Ca2+ influx and GSIS. A gain-of-function common polymorphism in KCNK16 is associated with type 2 diabetes (T2DM); thus, our findings have therapeutic implications not only for KCNK16 -associated MODY but also for T2DM.

Diverse evidence including clinical, genetic and microbiome studies support a major role of the gut microbiome in the common immune-mediated arthropathy, ankylosing spondylitis (AS). To further investigate this we performed metagenomic analysis of a case-control cohort of 250 Han-Chinese subjects. Previous reports of gut dysbiosis in AS were re-confirmed and several notable bacterial species and functional categories were differentially abundant. TNF-inhibitor (TNFi) therapy at least partially restored the perturbed microbiome observed in untreated AS cases to that of healthy controls, including several important bacterial species that have been previously associated with AS and other related diseases. Enrichment of bacterial peptides homologous to HLA-B27-presented epitopes was observed in the stools of AS patients, suggesting that either HLA-B27 fails to clear these or that they are involved in driving HLA-B27-associated immune reactions. TNFi therapy of AS patients was also associated with a reduction of potentially arthritogenic bacterial peptides, relative to untreated patients. An AS-associated SNP in RUNX3 significantly influenced the microbiome in two independent cohorts, highlighting a host genotype (other than HLA-B27) potentially influencing AS via the microbiome. These findings emphasise the key role that the gut microbiome plays in driving the pathogenesis of AS.

ABSTRACT Background Lung cancer is the commonest cause of cancer deaths worldwide. Although strongly associated with smoking, predisposition to lung cancer is also heritable with multiple common risk variants identified. Rarely, dominantly inherited non-small-cell lung cancer (NSCLC) has been reported due to somatic mutations in EGFR/ErbB1 and ERBB2. Methods Germline exome sequencing was performed in a multi-generation family with autosomal dominant NSCLC, including an affected child. Tumour samples were also sequenced. Full-length wild-type (wtErbB3) and mutant ERBB3 (mutErbB3) constructs were transfected into HeLa cells. Protein expression, stability, and sub-cellular localisation were assessed; and cellular proliferation, pAkt/Akt, and pERK levels were determined. Results A novel germline variant in ERBB3 (c.1946T>G: p.Iso649Arg), coding for receptor tyrosineprotein kinase erbB-3 (ErbB3), was identified, with appropriate segregation. There was no loss-of-heterozygosity in tumour samples. Both wtErbB3 and mutErbB3 were stably expressed. MutErbB3-transfected cells demonstrated an increased ratio of the 80kD form (which enhances proliferation) compared to the full-length (180kD) form. MutErbB3 and wtErbB3 had similar punctate cytoplasmic localisation pre- and post-EGF stimulation; however, EGFR levels decreased faster post-stimulation in mutErbB3-transfected cells, suggesting more rapid processing of the mutErbB3/EGFR heterodimer. Cellular proliferation was increased in mutErbB3-transfected cells compared to wtErbB3 transfection. MutErbB3-transfected cells also showed decreased pAkt/tAkt ratios and increased pERK/tERK 30 minutes post-stimulation compared to wtErbB3 transfection, demonstrating altered signalling pathway activation by mutErbB3. Cumulatively, these results support this mutation as tumorogenic. Conclusions This is the first reported family with a germline ERBB3 mutation causing heritable NSCLC, furthering understanding of the ErbB family pathway in oncogenesis.