Of Microbes and Cancer Inflammation is a well-established driver of tumorigenesis. For example, patients with inflammatory bowel disease have an elevated risk of developing colorectal cancer (CRC). Whether the gut microbiota also contributes to the development of CRC is less well understood. Arthur et al. (p. 120 , published online 16 August; see the Perspective by Schwabe and Wang ) now show that the microbiota does indeed promote tumorigenesis in an inflammation-driven model of CRC in mice. Although germ-free mice were protected against developing cancer, colonization of mice with Escherichia coli was sufficient to drive tumorigenesis.

In vitro data suggest that a subgroup of NLR proteins, including NLRP12, inhibits the transcription factor NF-κB, although physiologic and disease-relevant evidence is largely missing. Dysregulated NF-κB activity is associated with colonic inflammation and cancer, and we found Nlrp12(-/-) mice were highly susceptible to colitis and colitis-associated colon cancer. Polyps isolated from Nlrp12(-/-) mice showed elevated noncanonical NF-κB activation and increased expression of target genes that were associated with cancer, including Cxcl13 and Cxcl12. NLRP12 negatively regulated ERK and AKT signaling pathways in affected tumor tissues. Both hematopoietic- and nonhematopoietic-derived NLRP12 contributed to inflammation, but the latter dominantly contributed to tumorigenesis. The noncanonical NF-κB pathway was regulated upon degradation of TRAF3 and activation of NIK. NLRP12 interacted with both NIK and TRAF3, and Nlrp12(-/-) cells have constitutively elevated NIK, p100 processing to p52 and reduced TRAF3. Thus, NLRP12 is a checkpoint of noncanonical NF-κB, inflammation, and tumorigenesis.

Abstract The high prevalence of pre-existing immunity to adenovirus serotype 5 (Ad5) in human populations may substantially limit the immunogenicity and clinical utility of recombinant Ad5 vector-based vaccines for HIV-1 and other pathogens. A potential solution to this problem is to use vaccine vectors derived from adenovirus (Ad) serotypes that are rare in humans, such as Ad35. However, cross-reactive immune responses between heterologous Ad serotypes have been described and could prove a major limitation of this strategy. In particular, the extent of immunologic cross-reactivity between Ad5 and Ad35 has not previously been determined. In this study we investigate the impact of pre-existing anti-Ad5 immunity on the immunogenicity of candidate rAd5 and rAd35 vaccines expressing SIV Gag in mice. Anti-Ad5 immunity at levels typically found in humans dramatically blunted the immunogenicity of rAd5-Gag. In contrast, even high levels of anti-Ad5 immunity did not substantially suppress Gag-specific cellular immune responses elicited by rAd35-Gag. Low levels of cross-reactive Ad5/Ad35-specific CD4+ T lymphocyte responses were observed, but were insufficient to suppress vaccine immunogenicity. These data demonstrate the potential utility of Ad35 as a candidate vaccine vector that is minimally suppressed by anti-Ad5 immunity. Moreover, these studies suggest that using Ad vectors derived from immunologically distinct serotypes may be an effective and general strategy to overcome the suppressive effects of pre-existing anti-Ad immunity.

Enterobacteria, especially Escherichia coli, are abundant in patients with inflammatory bowel disease or colorectal cancer (CRC). However, it is unclear whether cancer is promoted by inflammation-induced expansion of E. coli and/or changes in expression of specific microbial genes. Here we use longitudinal (2, 12 and 20 weeks) 16S rRNA sequencing of luminal microbiota from ex-germ-free mice to show that inflamed Il10−/− mice maintain a higher abundance of Enterobacteriaceae than healthy wild-type mice. Experiments with mono-colonized Il10−/− mice reveal that host inflammation is necessary for E. coli cancer-promoting activity. RNA-sequence analysis indicates significant changes in E. coli gene catalogue in Il10−/− mice, with changes mostly driven by adaptation to the intestinal environment. Expression of specific genes present in the tumour-promoting E. coli pks island are modulated by inflammation/CRC development. Thus, progression of inflammation in Il10−/− mice supports Enterobacteriaceae and alters a small subset of microbial genes important for tumour development. Abundance of certain gut enterobacteria is correlated with inflammation and cancer development in humans, but the interplay between the three factors is unclear. Here the authors show that gut inflammation is required for bacteria-associated tumour development in mouse models.

Abstract Introduction In colitis, macrophage functionality is altered compared to homeostatic conditions. Loss of IL-10 signaling results in an inappropriate and chronic inflammatory response to bacterial stimulation. It remains unknown if inhibition of bromodomain and extra-terminal domain (BET) proteins alters usage of DNA regulatory elements responsible for driving inflammatory gene expression. We determined if the BET inhibitor, (+)-JQ1, could suppress inflammatory activation of macrophages in Il10 -/- mice. Methods We performed ATAC-seq and RNA-seq on Il10 -/- bone marrow-derived macrophages (BMDMs) cultured in the presence or absence of lipopolysaccharide (LPS) and with or without treatment with (+)-JQ1 and evaluated changes in chromatin accessibility and gene expression. Germ-free Il10 -/- mice were treated with (+)-JQ1, colonized with fecal slurries and underwent histological and molecular evaluation 14-days post colonization. Results Treatment with (+)-JQ1 suppressed LPS-induced changes in chromatin at distal regulatory elements associated with inflammatory genes, particularly in regions that contain motifs for AP-1 and IRF transcription factors. This resulted in the attenuation of inflammatory gene expression. Treatment with (+)-JQ1 in vivo reduced severity of colitis as compared with vehicle-treated mice. Conclusion We identified the mechanism of action associated with a new class of compounds that may mitigate aberrant macrophage responses to bacteria in colitis. Funding This work was funded in part through Helmsley Charitable Trust (SHARE Project 2), NIDDK P01DK094779, NIDDK 1R01DK104828, NIDDK P30-DK034987, NIDDK 1R01DK124617, NIH Ruth L. Kirschstein National Research Service Award Individual Predoctoral Fellowship (1F31DK122704), NIH T32 Genetics NIGMS Training Grant (T32-GM007092-43), NIH T32 Translational Medicine Training Grant (T32-GM122741), NIH T32 Gastroenterology Research Training Grant (T32-DK007737), and Crohn’s and Colitis Foundation Student Research Fellowship Award, and Gnotobiotic Animal Facility.

Adherent-invasive Escherichia coli (AIEC) are a pathovar linked to inflammatory bowel diseases (IBD), especially Crohn’s disease, and colorectal cancer. AIEC have no known molecular or genomic markers, but instead are defined by in vitro functional attributes. Futhermore, it is unknown if strains classified as AIEC truly colonize intestinal tissues better than non-AIEC strains. To evaluate strain-level variation among tissue-associated E. coli, we must develop a sequencing approach capable of long reads and with the ability to exclude mammalian DNA. We also must evaluate genomic variation among strains that have demonstrated ability to colonize intestinal tissues. Here we have assembled complete genomes using ultra-long-read nanopore sequencing for a model AIEC strain, NC101, and seven strains isolated from the intestinal mucosa of Crohn’s disease and non-Crohn’s tissues. We show these strains can colonize the intestinal tissue in a Crohn’s disease mouse model and induce varying levels of inflammatory cytokines from cultured macrophages. We demonstrate these strains can be quantified and distinguished in the presence of 99.5% mammalian DNA and from within a fecal population. Analysis of global genomic structure and specific sequence variation within the ribosomal RNA operon provides a framework for efficiently tracking strain-level variation of closely-related E. coli and likely other commensal/pathogenic bacteria impacting intestinal inflammation in mice and IBD patients.

Abstract Inflammatory bowel diseases and inflammation-associated colorectal cancer are linked to blooms of adherent-invasive Escherichia coli (AIEC) in the intestinal microbiota. AIEC are functionally defined by their ability to adhere/invade epithelial cells and survive/replicate within macrophages. Changes in micronutrient availability can alter AIEC physiology and interactions with host cells. Thus, culturing AIEC for mechanistic investigations often involves precise nutrient formulation. We observed that the pro-inflammatory and pro-carcinogenic AIEC strain NC101 failed to grow in minimal media (MM). We hypothesized that NC101 was unable to synthesize a vital micronutrient normally found in the host gut. Through nutrient supplementation studies, we identified that NC101 is a nicotinic acid (NA) auxotroph. NA auxotrophy was not observed in the other non-toxigenic E. coli or AIEC strains we tested. Sequencing revealed NC101 has a missense mutation in nadA , a gene encoding quinolinate synthase A that is important for de novo NAD biosynthesis. Correcting the identified nadA point mutation restored NC101 prototrophy without impacting AIEC function, including motility and AIEC-defining survival in macrophages. Our findings, along with the generation of a prototrophic NC101 strain, will greatly enhance the ability to perform in vitro functional studies that are needed for mechanistic investigations on the role of intestinal E. coli in digestive disease. Importance Inflammatory bowel diseases (IBD) and colorectal cancer (CRC) are significant global health concerns that are influenced by gut resident microbes, like adherent-invasive Escherichia coli (AIEC). Nutrient availability influences specialized metabolite production, AIEC-defining functional attributes, and AIEC:host interactions. NC101 is a pro-inflammatory and pro-carcinogenic AIEC strain commonly used for studies on IBD and CRC. We identified that NC101 growth in vitro requires a micronutrient found in the host gut. By correcting an identified mutation, we generated an NC101 strain that no longer has micronutrient restrictions. Our findings will facilitate future research that necessitates precise nutrient manipulation, enhancing AIEC functional studies and investigations on other auxotrophic intestinal microbiota members. Broadly, this will improve the study of bacterial:host interactions impacting health and disease.

Fibrosis is a significant complication of intestinal disorders associated with microbial dysbiosis and pathobiont expansion, notably Crohn's disease (CD). Mechanisms that favor fibrosis are not well understood and therapeutic strategies are limited. Here we demonstrate that colitis susceptible Il10-deficient mice develop inflammation-associated fibrosis when mono-associated with adherent/invasive Escherichia coli (AIEC) that harbor the yersiniabactin (Ybt) pathogenicity island. Inactivation of Ybt siderophore production in AIEC nearly abrogated fibrosis development in inflamed mice. In contrast, inactivation of Ybt import through its cognate receptor FyuA enhanced fibrosis severity. This corresponded with increased colonic expression of profibrogenic genes prior to the development of histological disease, therefore suggesting causality. FyuA-deficient AIEC also exhibited greater localization within sub-epithelial tissues and fibrotic lesions that was dependent on Ybt biosynthesis and corresponded with increased fibroblast activation in vitro. Together, these findings suggest that Ybt establishes a pro-fibrotic environment in the host in the absence of binding to its cognate receptor and indicates a direct link between intestinal AIEC and the induction of inflammation-associated fibrosis.