Abstract The gut microbiome plays an important role in immune function and has been implicated in several autoimmune disorders. Here we use 16S rRNA sequencing to investigate the gut microbiome in subjects with multiple sclerosis (MS, n =60) and healthy controls ( n =43). Microbiome alterations in MS include increases in Methanobrevibacter and Akkermansia and decreases in Butyricimonas , and correlate with variations in the expression of genes involved in dendritic cell maturation, interferon signalling and NF-kB signalling pathways in circulating T cells and monocytes. Patients on disease-modifying treatment show increased abundances of Prevotella and Sutterella , and decreased Sarcina , compared with untreated patients. MS patients of a second cohort show elevated breath methane compared with controls, consistent with our observation of increased gut Methanobrevibacter in MS in the first cohort. Further study is required to assess whether the observed alterations in the gut microbiome play a role in, or are a consequence of, MS pathogenesis.

The host gut microbiota varies across species and individuals but is relatively stable over time within an individual. How the host selectively shapes the microbiota is largely unclear. Here, we show that fecal microRNA (miRNA)-mediated inter-species gene regulation facilitates host control of the gut microbiota. miRNAs are abundant in mouse and human fecal samples and present within extracellular vesicles. Cell-specific loss of the miRNA-processing enzyme, Dicer, identified intestinal epithelial cells (IEC) and Hopx-positive cells as predominant fecal miRNA sources. These miRNAs can enter bacteria, such as F. nucleatum and E. coli, specifically regulate bacterial gene transcripts, and affect bacterial growth. IEC-miRNA-deficient (Dicer1ΔIEC) mice exhibit uncontrolled gut microbiota and exacerbated colitis, and WT fecal miRNA transplantation restores fecal microbes and ameliorates colitis. These findings identify both a physiologic role by which fecal miRNA shapes the gut microbiota and a potential strategy for manipulating the microbiome.

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. The aryl hydrocarbon receptor (AhR) participates in the differentiation of mouse regulatory T cells (Treg cells) and interleukin 17 (IL-17)-producing helper T cells (TH17 cells), but its role in human T cell differentiation is unknown. We investigated the role of AhR in the differentiation of human induced Treg cells (iTreg cells). We found that AhR activation promoted the differentiation of CD4+Foxp3− T cells, which produce IL-10 and control responder T cells through granzyme B. However, activation of AhR in the presence of transforming growth factor-β1 induced Foxp3+ iTreg cells, which suppress responder T cells through the ectonucleoside triphosphate diphosphohydrolase CD39. The induction of functional Foxp3+ iTreg cells required coordinated action of the transcriptional regulators Smad1 and Aiolos. Thus, AhR is a potential target through which functional iTreg cells could be induced in human autoimmune disorders.

Abstract Background Quiescence (G0) is a transient, cell cycle-arrested state. By entering G0, cancer cells survive unfavorable conditions such as chemotherapy and cause relapse. While G0 cells have been studied at the transcriptome level, how post-transcriptional regulation contributes to their chemoresistance remains unknown. Results We induced chemoresistant and quiescent (G0) leukemic cells by serum-starvation or chemotherapy treatment. To study post-transcriptional regulation in G0 leukemic cells, we systematically analyzed their transcriptome, translatome, and proteome. We find that our resistant G0 cells recapitulate gene expression profiles of in vivo chemoresistant leukemic and G0 models. In G0 cells, canonical translation initiation is inhibited; yet we find that inflammatory genes are highly translated, indicating alternative post-transcriptional regulation. Importantly, AU-rich elements (AREs) are significantly enriched in the up-regulated G0 translatome and transcriptome. Mechanistically, we find the stress-responsive p38 MAPK-MK2 signaling pathway stabilizes ARE mRNAs by phosphorylation and inactivation of mRNA decay factor, tristetraprolin (TTP) in G0. This permits expression of ARE-bearing TNFα and DUSP1 that promote chemoresistance. Conversely, inhibition of TTP phophorylation by p38 MAPK inhibitors and non-phosphorylatable TTP mutant decreases ARE mRNAs and sensitizes leukemic cells to chemotherapy. Furthermore, co-inhibiting p38 MAPK and TNFα—prior to or along with chemotherapy—substantially reduced chemoresistance in primary leukemic cells ex vivo and in vivo . Conclusions These studies uncover post-transcriptional regulation underlying chemoresistance in leukemia. Our data reveal the p38 MAPK-MK2-TTP axis as a key regulator of expression of ARE bearing mRNAs that promote chemoresistance. By disrupting this pathway, we developed an effective combination therapy against chemosurvival.

Abstract Objective Glial fibrillary acidic protein (GFAP) is expressed in astrocytes and may be a useful marker of non‐active progressive multiple sclerosis (MS). We evaluate serum GFAP (sGFAP) in a large cohort of MS patients to determine if it predicts progression independent of relapse activity (PIRA), future gait aid, and conversion to secondary progressive disease (SPMS). Methods Adults with clinically isolated syndrome or any subtype of MS who were listed in the Brigham MS Center Research Database and had at least one sGFAP result were included. All clinic visits following first sample were analyzed for PIRA, future gait aid, and conversion to SPMS. Future cognitive dysfunction and fatigue were evaluated as secondary outcomes. Results In total, 741 patients were included (average age: 42.3, average disease duration: 3.7 years, median EDSS: 2, and median follow‐up duration: 10.0 years). Of 643 patients (86.8%) without progressive disease at baseline, 15.9% developed SPMS. Among all 741, 50.5% had PIRA and 18.6% developed a gait aid requirement. sGFAP level predicted PIRA, future gait aid, and conversion to SPMS in univariable models ( p < 0.001, <0.001, and 0.002). sGFAP remained predictive for PIRA and future gait aid in multivariable models in those younger than 50 ( p = 0.048, 0.003). Change in sGFAP level over time was not predictive. There was no association between sGFAP and future fatigue or cognitive dysfunction. Interpretation sGFAP helps to predict PIRA, future gait aid, and conversion to SPMS in a large cohort of MS patients. Our data suggest that baseline levels may be more useful than the change over time.

ABSTRACT Recent findings indicate a correlation between the peripheral adaptive immune system and neuroinflammation in Alzheimer’s disease (AD). To characterize the composition of adaptive immune cells in the peripheral blood of AD patients, we utilized single-cell mass cytometry (CyTOF) to profile peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). Concurrently, we assessed the concentration of proteins associated with AD and neuroinflammation in the plasma of the same subjects. We found that the abundance of proinflammatory CXCR3 + CD127 + Type 1 T helper (Th1) cells in AD patients was negatively correlated with the abundance of neurofilament light chain (NfL) protein. This correlation is apolipoprotein E (ApoE) ε4-dependent. Analyzing public single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) data, we found that, contrary to the scenario in the peripheral blood, the cell frequency of CXCR3 + CD127 + Th1 cells in the cerebrospinal fluid (CSF) of AD patients was increased compared to healthy controls (HCs). Moreover, the proinflammatory capacity of CXCR3 + CD127 + Th1 cells in the CSF of AD patients was further increased compared to HCs. These results reveal an association of a peripheral T-cell change with neuroinflammation in AD and suggest that dysregulation of peripheral adaptive immune responses, particularly involving CXCR3 + CD127 + Th1 cells, may potentially be mediated by factors such as ApoE ε4 genotype. One sentence summary An apolipoprotein E (ApoE) ε4-dependent alteration of CD4 T cell subpopulation in peripheral blood is associated with neuroinflammation in patients with Alzheimer’s disease.

ABSTRACT Astrocytes play important roles in the central nervous system (CNS) during health and disease. Prior studies have shown that gut commensals derived indole derivatives as well as secondary bile acids modulate astrocyte function during the late stage of EAE (recovery phase). Here we show that administering vancomycin to mice starting during the early stage of EAE improved disease recovery, an effect that is mediated by the gut microbiota. We observed that 6 taxa within the Clostridia vadinBB60 genus were enriched in vancomycin treated mice compared to untreated EAE mice. Vancomycin-treated EAE mice also had elevated serum levels of the anti-inflammatory tryptophan derived metabolite, indole-3-lactic acid and decreased levels of deoxycholic acid, a pro-inflammatory secondary bile acid. RNA sequencing revealed altered expression of several genes belonging to the mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway in astrocytes obtained during the late stage of EAE from vancomycin treated EAE mice. Furthermore, we observed a link between serum levels of indole derivatives and bile acids and expression of several genes belonging to the mTOR pathway. Interestingly, the mTOR signaling cascades have been implicated in several key biological processes including innate (e.g., astrocyte) immune responses as well as neuronal toxicity/degeneration. In addition, rapamycin, a specific inhibitor of mTOR, has been shown to inhibit the induction and progression of established EAE. Collectively, our findings suggest that the neuroprotective effect of vancomycin is at least partially mediated by indole derivatives and secondary bile acids modulating the expression of mTOR pathway genes in astrocytes. HIGHLIGHTS Vancomycin attenuated established EAE through regulation of the microbiota. Vancomycin induced increased serum level of indole-3-lactic acid as well as decreased serum levels of indoxyl-3-sulfate, p-cresol and deoxycholic acid. Vancomycin modulated the expression of mTOR pathway genes in astrocytes Lactobacillus reuteri (enriched in vancomycin treated mice) regulated the expression of mTOR pathway genes in astrocytes Serum levels of indole-3-lactic acid, indoxyl-3-sulfate, p-cresol and deoxycholic acid correlated with expression of mTOR pathway genes in astrocytes