Intestinal IL-17-producing T helper (Th17) cells are dependent on adherent microbes in the gut for their development. However, how microbial adherence to intestinal epithelial cells (IECs) promotes Th17 cell differentiation remains enigmatic. Here, we found that Th17 cell-inducing gut bacteria generated an unfolded protein response (UPR) in IECs. Furthermore, subtilase cytotoxin expression or genetic removal of X-box binding protein 1 (Xbp1) in IECs caused a UPR and increased Th17 cells, even in antibiotic-treated or germ-free conditions. Mechanistically, UPR activation in IECs enhanced their production of both reactive oxygen species (ROS) and purine metabolites. Treating mice with N-acetyl-cysteine or allopurinol to reduce ROS production and xanthine, respectively, decreased Th17 cells that were associated with an elevated UPR. Th17-related genes also correlated with ER stress and the UPR in humans with inflammatory bowel disease. Overall, we identify a mechanism of intestinal Th17 cell differentiation that emerges from an IEC-associated UPR.

Throughout gestation, the female body undergoes a series of transformations, including profound alterations in intestinal microbial communities. Changes gradually increase towards the end of pregnancy and comprise reduced α-diversity of microbial communities and an increased propensity for energy harvest. Despite the importance of the intestinal microbiota for the pathophysiology of inflammatory bowel diseases, very little is known about the relationship between these microbiota shifts and pregnancy-associated complications of the disease. Here, we explored the longitudinal dynamics of gut microbiota composition and functional potential during pregnancy and after lactation in Atg16l1∆IEC mice carrying an intestinal epithelial deletion of the Crohn9s disease risk gene Atg16l1. Using 16S rRNA amplicon and shotgun metagenomic sequencing, we demonstrated divergent temporal shifts in microbial composition between Atg16l1 wildtype and Atg16l1∆IEC pregnant mice in trimester 3, which was validated in an independent experiment. Observed differences included microbial genera implicated in IBD such as Lachnospiraceae, Roseburia, Ruminococcus, and Turicibacter. Changes partially recovered after lactation. In addition, functional inference of metagenomic data suggest a reduced potential to biosynthesize mucosal protective polyamines and reduced capacity to metabolize acidic polysaccharides (ketogluconate metabolism). On the host side, we found that the immunological response of Atg16l1∆IEC mice is characterized by higher colonic mRNA levels of TNFA, and CXCL1 in trimester 3 and a lower weight of offspring at birth. Understanding pregnancy-dependent microbiome changes in the context of IBD may constitute the first step in the identification of fecal microbial biomarkers and microbiota-directed therapies that could help improving precision care for managing pregnancies in IBD patients.

Abstract Viruses and bacteriophages have a strong impact on intestinal barrier function and the composition and functional properties of commensal bacterial communities. To improve our understanding of the role of the enteric intestinal virome, we longitudinally characterized the virome in fecal samples from wild-type (WT) C57BL/6J and knock-out (KO) NOD2 mice in response to an antibiotic perturbation. Sequencing of viral-like-particles (VLPs) demonstrated both a high diversity and high inter-individual variation of the murine gut virome composed of eukaryotic viruses and bacteriophages. Antibiotics also had a significant impact on the gut murine virome causing a delayed resilience independent of genotype. However, compositional shifts in the virome and bacteriome were highly correlated, suggesting that the loss of specific phages may contribute to a dysregulation of the bacterial community composition. Bacteriophage species may be playing an important role in either upregulating or downregulating the bacterial community, and restoring a healthy virome may therefore be a central goal of microbiota-targeted therapies.