The inflammatory bowel diseases Crohn's disease and ulcerative colitis are common, chronic disorders that cause abdominal pain, diarrhea, and gastrointestinal bleeding. To identify genetic factors that might contribute to these disorders, we performed a genome-wide association study. We found a highly significant association between Crohn's disease and the IL23R gene on chromosome 1p31, which encodes a subunit of the receptor for the proinflammatory cytokine interleukin-23. An uncommon coding variant (rs11209026, c.1142G>A, p.Arg381Gln) confers strong protection against Crohn's disease, and additional noncoding IL23R variants are independently associated. Replication studies confirmed IL23R associations in independent cohorts of patients with Crohn's disease or ulcerative colitis. These results and previous studies on the proinflammatory role of IL-23 prioritize this signaling pathway as a therapeutic target in inflammatory bowel disease.

Chronic mucosal inflammation and tissue damage predisposes patients to the development of colorectal cancer. This association could be explained by the hypothesis that the same factors and pathways important for wound healing also promote tumorigenesis. A sensor of tissue damage should induce these factors to promote tissue repair and regulate their action to prevent development of cancer. Interleukin 22 (IL-22), a cytokine of the IL-10 superfamily, has an important role in colonic epithelial cell repair, and its levels are increased in the blood and intestine of inflammatory bowel disease patients. This cytokine can be neutralized by the soluble IL-22 receptor, known as the IL-22 binding protein (IL-22BP, also known as IL22RA2); however, the significance of endogenous IL-22BP in vivo and the pathways that regulate this receptor are unknown. Here we describe that IL-22BP has a crucial role in controlling tumorigenesis and epithelial cell proliferation in the colon. IL-22BP is highly expressed by dendritic cells in the colon in steady-state conditions. Sensing of intestinal tissue damage via the NLRP3 or NLRP6 inflammasomes led to an IL-18-dependent downregulation of IL-22BP, thereby increasing the ratio of IL-22/IL-22BP. IL-22, which is induced during intestinal tissue damage, exerted protective properties during the peak of damage, but promoted tumour development if uncontrolled during the recovery phase. Thus, the IL-22-IL-22BP axis critically regulates intestinal tissue repair and tumorigenesis in the colon.

Background & AimsInflammatory bowel disease (IBD) is a multifactorial disease thought to be caused by alterations in epithelial function, innate and adaptive immunity, and luminal microbiota. The specific role of epithelial barrier function remains undefined, although increased activity of intestinal epithelial myosin light chain kinase (MLCK), which is the primary mechanism of tumor necrosis factor-induced barrier dysfunction, occurs in human IBD. Our aim was to determine whether, in an intact epithelium, primary dysregulation of the intestinal epithelial barrier by pathophysiologically relevant mechanisms can contribute to development of colitis.MethodsWe developed transgenic (Tg) mice that express constitutively active MLCK (CA-MLCK) specifically within intestinal epithelia. Their physiology, immune status, and susceptibility to disease were assessed and compared with non-Tg littermate controls.ResultsCA-MLCK Tg mice demonstrated significant barrier loss but grew and gained weight normally and did not develop spontaneous disease. CA-MLCK Tg mice did, however, develop mucosal immune activation demonstrated by increased numbers of lamina propria CD4+lymphocytes, redistribution of CD11c+cells, increased production of interferon-γ and tumor necrosis factor, as well as increased expression of epithelial major histocompatibility complex class I. When challenged with CD4+CD45+Rbhi lymphocytes, Tg mice developed an accelerated and more severe form of colitis and had shorter survival times than non-Tg littermates.ConclusionsPrimary pathophysiologically relevant intestinal epithelial barrier dysfunction is insufficient to cause experimental intestinal disease but can broadly activate mucosal immune responses and accelerate the onset and severity of immune-mediated colitis. Inflammatory bowel disease (IBD) is a multifactorial disease thought to be caused by alterations in epithelial function, innate and adaptive immunity, and luminal microbiota. The specific role of epithelial barrier function remains undefined, although increased activity of intestinal epithelial myosin light chain kinase (MLCK), which is the primary mechanism of tumor necrosis factor-induced barrier dysfunction, occurs in human IBD. Our aim was to determine whether, in an intact epithelium, primary dysregulation of the intestinal epithelial barrier by pathophysiologically relevant mechanisms can contribute to development of colitis. We developed transgenic (Tg) mice that express constitutively active MLCK (CA-MLCK) specifically within intestinal epithelia. Their physiology, immune status, and susceptibility to disease were assessed and compared with non-Tg littermate controls. CA-MLCK Tg mice demonstrated significant barrier loss but grew and gained weight normally and did not develop spontaneous disease. CA-MLCK Tg mice did, however, develop mucosal immune activation demonstrated by increased numbers of lamina propria CD4+lymphocytes, redistribution of CD11c+cells, increased production of interferon-γ and tumor necrosis factor, as well as increased expression of epithelial major histocompatibility complex class I. When challenged with CD4+CD45+Rbhi lymphocytes, Tg mice developed an accelerated and more severe form of colitis and had shorter survival times than non-Tg littermates. Primary pathophysiologically relevant intestinal epithelial barrier dysfunction is insufficient to cause experimental intestinal disease but can broadly activate mucosal immune responses and accelerate the onset and severity of immune-mediated colitis.

Richard Duerr and colleagues present a genome-wide association study of ulcerative colitis. They identify new risk loci on chromosomes 1p36 and 12q15. Ulcerative colitis is a chronic inflammatory disease of the colon that presents as diarrhea and gastrointestinal bleeding. We performed a genome-wide association study using DNA samples from 1,052 individuals with ulcerative colitis and preexisting data from 2,571 controls, all of European ancestry. In an analysis that controlled for gender and population structure, ulcerative colitis loci attaining genome-wide significance and subsequent replication in two independent populations were identified on chromosomes 1p36 (rs6426833, combined P = 5.1 × 10−13, combined odds ratio OR = 0.73) and 12q15 (rs1558744, combined P = 2.5 × 10−12, combined OR = 1.35). In addition, combined genome-wide significant evidence for association was found in a region spanning BTNL2 to HLA-DQB1 on chromosome 6p21 (rs2395185, combined P = 1.0 × 10−16, combined OR = 0.66) and at the IL23R locus on chromosome 1p31 (rs11209026, combined P = 1.3 × 10−8, combined OR = 0.56; rs10889677, combined P = 1.3 × 10−8, combined OR = 1.29).

Tight junction dysregulation and epithelial damage contribute to barrier loss in patients with inflammatory bowel disease. However, the mechanisms that regulate these processes and their relative contributions to disease pathogenesis are not completely understood. We investigated these processes using colitis models in mice.

Protein tyrosine phosphatase nonreceptor type 22 (PTPN22) gene polymorphisms are associated with many autoimmune diseases. The major risk allele encodes an R620W amino acid change that alters B cell receptor (BCR) signaling involved in the regulation of central B cell tolerance. To assess whether this PTPN22 risk allele affects the removal of developing autoreactive B cells, we tested by ELISA the reactivity of recombinant antibodies isolated from single B cells from asymptomatic healthy individuals carrying one or two PTPN22 risk allele(s) encoding the PTPN22 R620W variant. We found that new emigrant/transitional and mature naive B cells from carriers of this PTPN22 risk allele contained high frequencies of autoreactive clones compared with those from non-carriers, revealing defective central and peripheral B cell tolerance checkpoints. Hence, a single PTPN22 risk allele has a dominant effect on altering autoreactive B cell counterselection before any onset of autoimmunity. In addition, gene array experiments analyzing mature naive B cells displaying PTPN22 risk allele(s) revealed that the association strength of PTPN22 for autoimmunity may be due not only to the impaired removal of autoreactive B cells but also to the upregulation of genes such as CD40, TRAF1, and IRF5, which encode proteins that promote B cell activation and have been identified as susceptibility genes associated with autoimmune diseases. These data demonstrate that early B cell tolerance defects in autoimmunity can result from specific polymorphisms and precede the onset of disease.

Abstract GWAS have identified >200 risk loci for Inflammatory Bowel Disease (IBD). The majority of disease associations are known to be driven by regulatory variants. To identify the putative causative genes that are perturbed by these variants, we generate a large transcriptome data set (nine disease-relevant cell types) and identify 23,650 cis -eQTL. We show that these are determined by ∼9720 regulatory modules, of which ∼3000 operate in multiple tissues and ∼970 on multiple genes. We identify regulatory modules that drive the disease association for 63 of the 200 risk loci, and show that these are enriched in multigenic modules. Based on these analyses, we resequence 45 of the corresponding 100 candidate genes in 6600 Crohn disease (CD) cases and 5500 controls, and show with burden tests that they include likely causative genes. Our analyses indicate that ≥10-fold larger sample sizes will be required to demonstrate the causality of individual genes using this approach.