A wealth of experimental data points to immunological and environmental factors in the pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD). Here we study the role of IL-23, the microbiome, and the diet in the development of colitis. To promote IL-23 expression in vivo, we generated a mouse model in which IL-23 was conditionally expressed by CX3CR1+ myeloid cells, upon cyclic administration of tamoxifen in a specific diet (diet 2019). IL-23 expression induced an intestinal inflammatory disease that resembled ulcerative colitis in humans with cycles of acute disease and remission. The relapses were caused by the diet switch from the conventional diet used in our facility (diet 5053) to the diet 2019, and were not dependent on tamoxifen after the first cycle. The switch in the diet modified the microbiota, but did not alter the levels of IL-23. Colitis induction depended on the microbiota and required CD4 T lymphocytes. Colitis-inducing CD4+ T cells were found in the mesenteric lymph node and large intestine during remission and were able to trigger disease when transferred to lymphopenic mice, but only upon diet modification. The CD4 TCR repertoire in the diseased recipient Rag-/- mice had reduced diversity associated with the expansion of dominant T cell clones. These findings reveal a critical role for IL-23 in generation of a CD4+ T cell population in mice that is sensitive to a modification of intestinal bacterial flora subsequent to a dietary manipulation. Dietary changes occurring in the context of altered IL-23 expression may contribute to the onset and progression of IBD.

Mice expressing IL-23 constitutively in the intestine or skin fail to grow and die prematurely. These phenotypes are associated with marked changes in the levels of circulating cytokines and with changes in the transcriptome of the pancreas and intestine. Marked changes are observed in the expression of molecules involved in digestion and absorption of carbohydrates, proteins, and lipids, resulting in a malabsorptive condition. Genetic ablation of IL-22, or one of the subunits of the IL-22R in mice expressing IL-23, restores normal growth and increases the life span of the animals. Mechanistically, IL-22 acts directly at the level of pancreatic acinar cells to decrease expression of the pancreas associated transcription factor 1a (Ptf1a), an important transcription factor controlling expression of genes encoding pancreatic enzymes, and acinar cell identity. The results indicate that dysregulated expression of IL-23 and IL-22 has severe consequences in newborns and reveal an unsuspected role for IL-22 in controlling pancreatic enzyme secretion and food absorption.

IL-33 is a cytokine found in the extracellular space (mature IL-33) or in the cell nucleus (full-length IL-33). Nuclear accumulation of IL-33 has been reported in intestinal epithelial cells (IEC) during intestinal inflammation and cancer, but a functional role for this nuclear form remains unclear. To study the role of nuclear IL-33 in IEC, we generated transgenic mice expressing full-length IL-33 in the intestinal epithelium (Vfl33 mice). Expression of full-length IL-33 in the epithelium resulted in accumulation of IL-33 protein in the nucleus and secretion of IL-33. Over-expression of full-length IL-33 by IEC did not promote gut inflammation, but induced expression of genes in the IEC and lamina propria lymphocytes (LPL) that correlated negatively with genes expressed in inflammatory bowel diseases (IBD). Because the IL-33 receptor ST2 is expressed by IEC, there was the potential that both the mature and full-length forms could mediate this effect. To specifically interrogate the transcriptional role of nuclear IL-33, we intercrossed the Vfl33 mice with ST2- deficient mice. ST2 deficiency completely abrogated the transcriptional effects elicited by IL-33 expression, suggesting that the transcriptional effects of IL-33 on IEC are mediated by its mature, not its nuclear form.

Abstract The T300A substitution in ATG16L1 associated with Crohn’s Disease impairs autophagy, yet up to 50% of humans are heterozygous for this allele. Here we demonstrate that heterozygosity for the analogous substitution in mice ( Atg16L1 T316A ), but not homozygosity, protects against lethal Salmonella enterica Typhimurium infection. One copy of Atg16L1 T316A was sufficient to enhance cytokine production through inflammasome activation, which was necessary for protection. In contrast, two copies of Atg16L1 T316A inhibited the autophagy-related process of LC3-associated phagocytosis (LAP) and increased susceptibility. Macrophages from human donors heterozygous for ATG16L1 T300A displayed elevated inflammasome activation while homozygosity impaired LAP, similar to mice. These results clarify how the T300A substitution impacts ATG16L1 function and suggest it can be beneficial to heterozygous carriers, providing an explanation for its prevalence. One-Sentence Summary Heterozygosity of Crohn’s diseases risk variant ATG16L1 T300A confers protection against bacterial infections.

Mucosal-associated invariant T (MAIT) cells are a predominant subset of innate-like T cells in humans, characterized by diverse gene expression profiles and functional capabilities. However, the factors influencing the transcriptomes and effector functions of MAIT cells, particularly at mucosal barriers, remain largely unclear.