Type 1 regulatory T cells control autoinflammatory diseases. In two linked papers, groups led by Kuchroo and Quintana demonstrate the role of the aryl hydrocarbon receptor in the differentiation of these cells. Type 1 regulatory T cells (Tr1 cells ) that produce interleukin 10 (IL-10) are instrumental in the prevention of tissue inflammation, autoimmunity and graft-versus-host disease. The transcription factor c-Maf is essential for the induction of IL-10 by Tr1 cells, but the molecular mechanisms that lead to the development of these cells remain unclear. Here we show that the ligand-activated transcription factor aryl hydrocarbon receptor (AhR), which was induced by IL-27, acted in synergy with c-Maf to promote the development of Tr1 cells. After T cell activation under Tr1-skewing conditions, the AhR bound to c-Maf and promoted transactivation of the Il10 and Il21 promoters, which resulted in the generation of Tr1 cells and the amelioration of experimental autoimmune encephalomyelitis. Manipulating AhR signaling could therefore be beneficial in the resolution of excessive inflammatory responses.

Apoptosis of the WEHI 231 immature B cell lymphoma line following membrane interaction with an antibody against the surface IgM chains (anti-IgM) is preceded by dramatic changes in Nuclear Factor-kappaB (NF-kappaB)/ Rel binding activities. An early transient increase in NF-kappaB/Rel binding is followed by a significant decrease in intensity below basal levels. Here we have explored the role of these changes in Rel-related factors in B cell apoptosis. Treatment of WEH1 231 cells with N-tosyl-L-phenylalanine chloromethyl ketone (TPCK), a protease inhibitor which prevents degradation of the inhibitor of NF-kappaB (IkappaB)-alpha, or with low doses of pyrrolidinedithiocarbamate (PDTC) selectively inhibited NF-kappaB/Rel factor binding and induced apoptosis. Bcl-XL expression protected WEHI 231 cells from apoptosis induced by these agents. Microinjection of WEHI 231 cells with either IkappaB-alpha-GST protein or a c-Rel affinity-purified antibody induced apoptosis. Ectopic c-Rel expression ablated apoptosis induced by TPCK or anti-IgM. Treatment of BALENLM 17 and A20 B lymphoma cells or normal murine splenic B lymphocytes with either TPCK or PDTC also resulted in apoptosis. These findings indicate that the drop in NF-kappaB/Rel binding following anti-IgM treatment activates apoptosis of WEHI 231 cells; furthermore, they implicate the NF-kappaB/Rel family in control of apoptosis of normal and transformed B cells.

The gut microbiota plays a significant role in the progression of fatty liver disease; however, the mediators and their mechanisms remain to be elucidated. Comparing metabolite profile differences between germ-free and conventionally raised mice against differences between mice fed a low- and high-fat diet (HFD), we identified tryptamine and indole-3-acetate (I3A) as metabolites that depend on the microbiota and are depleted under a HFD. Both metabolites reduced fatty-acid- and LPS-stimulated production of pro-inflammatory cytokines in macrophages and inhibited the migration of cells toward a chemokine, with I3A exhibiting greater potency. In hepatocytes, I3A attenuated inflammatory responses under lipid loading and reduced the expression of fatty acid synthase and sterol regulatory element-binding protein-1c. These effects were abrogated in the presence of an aryl-hydrocarbon receptor (AhR) antagonist, indicating that the effects are AhR dependent. Our results suggest that gut microbiota could influence inflammatory responses in the liver through metabolites engaging host receptors.

Tumor-associated macrophages (TAMs) play an important role in the immune response to cancer, but the mechanisms by which the tumor microenvironment controls TAMs and T cell immunity are not completely understood. Here we report that kynurenine produced by glioblastoma cells activates aryl hydrocarbon receptor (AHR) in TAMs to modulate their function and T cell immunity. AHR promotes CCR2 expression, driving TAM recruitment in response to CCL2. AHR also drives the expression of KLF4 and suppresses NF-κB activation in TAMs. Finally, AHR drives the expression of the ectonucleotidase CD39 in TAMs, which promotes CD8+ T cell dysfunction by producing adenosine in cooperation with CD73. In humans, the expression of AHR and CD39 was highest in grade 4 glioma, and high AHR expression was associated with poor prognosis. In summary, AHR and CD39 expressed in TAMs participate in the regulation of the immune response in glioblastoma and constitute potential targets for immunotherapy.

Induced pluripotent stem cells (iPSCs) stand to revolutionize the way we study human development, model disease, and eventually, treat patients. However, these cell sources produce progeny that retain embryonic and/or fetal characteristics. The failure to mature to definitive, adult-type cells is a major barrier for iPSC-based disease modeling and drug discovery. To directly address these concerns, we have developed a chemically defined, serum and feeder-free-directed differentiation platform to generate hematopoietic stem-progenitor cells (HSPCs) and resultant adult-type progeny from iPSCs. This system allows for strict control of signaling pathways over time through growth factor and/or small molecule modulation. Through direct comparison with our previously described protocol for the production of primitive wave hematopoietic cells, we demonstrate that induced HSPCs are enhanced for erythroid and myeloid colony forming potential, and strikingly, resultant erythroid-lineage cells display enhanced expression of adult β globin indicating definitive pathway patterning. Using this system, we demonstrate the stage-specific roles of two key signaling pathways, Notch and the aryl hydrocarbon receptor (AHR), in the derivation of definitive hematopoietic cells. We illustrate the stage-specific necessity of Notch signaling in the emergence of hematopoietic progenitors and downstream definitive, adult-type erythroblasts. We also show that genetic or small molecule inhibition of the AHR results in the increased production of CD34+ CD45+ HSPCs while conversely, activation of the same receptor results in a block of hematopoietic cell emergence. Results presented here should have broad implications for hematopoietic stem cell transplantation and future clinical translation of iPSC-derived blood cells. Stem Cells 2018;36:1004-1019.

Abstract Background: Most chemicals in commerce have not been evaluated for their carcinogenic potential. The current de-facto gold-standard approach to carcinogen testing adopts the two-year rodent bioassay, a time consuming and costly procedure. Alternative approaches, such as high-throughput in-vitro assays, show promise in addressing the limitations in carcinogen screening. Objectives: We developed a screening process for predicting chemical carcinogenicity and genotoxicity and characterizing modes of actions (MoAs) using in-vitro gene expression assays. Methods: We generated a large toxicogenomics resource comprising ~6,000 expression profiles corresponding to 330 chemicals profiled in HepG2 cells at multiple doses and in replicates. Predictive models of carcinogenicity were built using a Random Forest classifier. Differential pathway enrichment analysis was performed to identify pathways associated with carcinogen exposure. Signatures of carcinogenicity and genotoxicity were compared with external data sources including Drugmatrix and the Connectivity Map. Results: Among profiles with sufficient bioactivity, our classifiers achieved 72.2% AUC for predicting carcinogenicity and 82.3% AUC for predicting genotoxicity. Our analysis showed that chemical bioactivity, as measured by the strength and reproducibility of the transcriptional response, is not significantly associated with long-term carcinogenicity, as evidenced by the many carcinogenic chemicals that did not elicit substantial changes in gene expression at doses up to 40 μM. However, sufficiently high transcriptional bioactivity is necessary for a chemical to be used for prediction of carcinogenicity. Pathway enrichment analysis revealed several pathways consistent with literature review of pathways that drive cancer, including DNA damage and DNA repair. These data are available for download via https://clue.io/CRCGN_ABC , and a web portal for interactive query and visualization of the data and results is accessible at https://carcinogenome.org . Conclusions: We demonstrated a short-term in-vitro screening approach using gene expression profiling to predict long-term carcinogenicity and infer MoAs of chemical perturbations.

Abstract While immunotherapy has shown efficacy in lung adenocarcinoma (LUAD) patients, many respond only partially or not at all. One limitation in improving outcomes is the lack of a complete understanding of immune checkpoint regulation. Here, we investigated a possible link between an environmental chemical receptor implicated in lung cancer and immune regulation, ( the aryl hydrocarbon receptor/AhR), a known but counterintuitive mediator of immunosuppression (IFNγ), and regulation of two immune checkpoints (PD-L1 and IDO). AhR gene-edited LUAD cell lines, a syngeneic LUAD mouse model, bulk- and scRNA sequencing of LUADs and tumor-infiltrating leukocytes were used to map out a signaling pathway leading from IFNγ through the AhR to JAK/STAT, PD-L1, IDO, and tumor-mediated immunosuppression. The data demonstrate that: 1) IFNγ activation of the JAK/STAT pathway leading to PD-L1 and IDO1 upregulation is mediated by the AhR in murine and human LUAD cells, 2) AhR-driven IDO1 induction results in the production of Kynurenine (Kyn), an AhR ligand, which likely mediates an AhR➔IDO1➔Kyn➔AhR amplification loop, 3) transplantation of AhR-knockout LUAD cells results in long-term tumor immunity in most recipients. 4) The 23% of AhR-knockout tumors that do grow do so at a much slower pace than controls and exhibit higher densities of CD8 + T cells expressing markers of immunocompetence, increased activity, and increased cell-cell communication. The data definitively link the AhR to IFNγ-induced JAK/STAT pathway and immune checkpoint-mediated immunosuppression and support the targeting of the AhR in the context of LUAD.