Crohn's disease, a chronic inflammation of the gut, has been linked to over thirty gene loci. Two papers in this issue focus a recent addition to that list, ATG16L1 (Atg16-like 1). Atg16 protein itself was first identified in yeast as an essential gene for the process of autophagy, a system that clears away unwanted cellular components and is involved in the pathogenesis of microbial infection, neurodegeneration and tumorigenesis. Cadwell et al. report a unique role for Atg16L1 in Paneth cells, a type of epithelial cell that secretes granules containing antimicrobial peptides into the intestines. Saitoh et al. show that ATG16L1 plays a role in the inflammatory response in isolated macrophages and in the mouse intestine, as an essential component of the autophagic machinery. This work implicates Atg16L1 in the control of inflammatory immune response and the maintenance of intestinal barrier, both of which are important for the prevention of inflammatory bowel disease. Susceptibility to Crohn’s disease, a complex inflammatory disease involving the small intestine, is controlled by over 30 loci1. One Crohn’s disease risk allele is in ATG16L1, a gene homologous to the essential yeast autophagy gene ATG16 (ref. 2). It is not known how ATG16L1 or autophagy contributes to intestinal biology or Crohn’s disease pathogenesis. To address these questions, we generated and characterized mice that are hypomorphic for ATG16L1 protein expression, and validated conclusions on the basis of studies in these mice by analysing intestinal tissues that we collected from Crohn’s disease patients carrying the Crohn’s disease risk allele of ATG16L1. Here we show that ATG16L1 is a bona fide autophagy protein. Within the ileal epithelium, both ATG16L1 and a second essential autophagy protein ATG5 are selectively important for the biology of the Paneth cell, a specialized epithelial cell that functions in part by secretion of granule contents containing antimicrobial peptides and other proteins that alter the intestinal environment3. ATG16L1- and ATG5-deficient Paneth cells exhibited notable abnormalities in the granule exocytosis pathway. In addition, transcriptional analysis revealed an unexpected gain of function specific to ATG16L1-deficient Paneth cells including increased expression of genes involved in peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) signalling and lipid metabolism, of acute phase reactants and of two adipocytokines, leptin and adiponectin, known to directly influence intestinal injury responses. Importantly, Crohn’s disease patients homozygous for the ATG16L1 Crohn’s disease risk allele displayed Paneth cell granule abnormalities similar to those observed in autophagy-protein-deficient mice and expressed increased levels of leptin protein. Thus, ATG16L1, and probably the process of autophagy, have a role within the intestinal epithelium of mice and Crohn’s disease patients by selective effects on the cell biology and specialized regulatory properties of Paneth cells.

SummaryHematopoietic stem cells (HSCs) reside and self-renew in the bone marrow (BM) niche. Overall, the signaling that regulates stem cell dormancy in the HSC niche remains controversial. Here, we demonstrate that TGF-β type II receptor-deficient HSCs show low-level Smad activation and impaired long-term repopulating activity, underlining the critical role of TGF-β/Smad signaling in HSC maintenance. TGF-β is produced as a latent form by a variety of cells, so we searched for those that express activator molecules for latent TGF-β. Nonmyelinating Schwann cells in BM proved responsible for activation. These glial cells ensheathed autonomic nerves, expressed HSC niche factor genes, and were in contact with a substantial proportion of HSCs. Autonomic nerve denervation reduced the number of these active TGF-β-producing cells and led to rapid loss of HSCs from BM. We propose that glial cells are components of a BM niche and maintain HSC hibernation by regulating activation of latent TGF-β.Graphical abstractGraphical AbstractHighlights► The TGF-β/Smad signaling pathway is active in dormant hematopoietic stem cells (HSCs) ► Loss of the TGF-β type II receptor reduces long-term repopulating activity in HSCs ► Nonmyelinating Schwann (glial) cells maintain HSC dormancy by activating latent TGF-β ► Autonomic nerve denervation causes glial cell death and rapid loss of HSCs

It is useful to be able to grow enriched populations of stem cells in vitro. Growth of stem cells as tissue spheroids is a key methodology permitting sustainable culture of adult epithelial cells. Gastrointestinal stem cells can be propagated by using conditioned medium from a supportive cell line (L-WRN). This protocol describes how to prepare conditioned medium and how to culture stem cell-enriched epithelial spheroids from the mouse gastrointestine. These spheroids are also amenable to genetic modification with recombinant lentiviruses. This system enables many types of cell biological assays that have been performed with immortalized cell lines to be applied to spheroids. Isolation of epithelial cell units from mice takes up to 2 h, and stem cell-enriched gastrointestinal spheroids are obtained within 3 d. Genetically modified spheroids with lentiviruses can be obtained in 2 weeks.

The DPC4(SMAD4) gene plays a key role in the TGFβ signaling pathway. We inactivated its mouse homolog Dpc4(Smad4). The homozygous mutants were embryonic lethal, whereas the heterozygotes showed no abnormality. We then introduced the Dpc4 mutation into the ApcΔ716knockout mice, a model for human familial adenomatous polyposis. Because both Apc and Dpc4 are located on chromosome 18, we constructed compound heterozygotes carrying both mutations on the same chromosome by meiotic recombination. In such mice, intestinal polyps developed into more malignant tumors than those in the simple ApcΔ716heterozygotes, showing an extensive stromal cell proliferation, submucosal invasion, cell type heterogeneity, and in vivo transplantability. These results indicate that mutations in DPC4(SMAD4) play a significant role in the malignant progression of colorectal tumors.

Research Article1 July 1993free access The t(8;21) translocation in acute myeloid leukemia results in production of an AML1-MTG8 fusion transcript. H. Miyoshi H. Miyoshi Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author T. Kozu T. Kozu Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author K. Shimizu K. Shimizu Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author K. Enomoto K. Enomoto Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author N. Maseki N. Maseki Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author Y. Kaneko Y. Kaneko Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author N. Kamada N. Kamada Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author M. Ohki M. Ohki Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author H. Miyoshi H. Miyoshi Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author T. Kozu T. Kozu Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author K. Shimizu K. Shimizu Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author K. Enomoto K. Enomoto Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author N. Maseki N. Maseki Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author Y. Kaneko Y. Kaneko Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author N. Kamada N. Kamada Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author M. Ohki M. Ohki Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. Search for more papers by this author Author Information H. Miyoshi1, T. Kozu1, K. Shimizu1, K. Enomoto1, N. Maseki1, Y. Kaneko1, N. Kamada1 and M. Ohki1 1Department of Immunology and Virology, Saitama Cancer Center Research Institute, Japan. The EMBO Journal (1993)12:2715-2721https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1993.tb05933.x PDFDownload PDF of article text and main figures. ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack CitationsPermissions ShareFacebookTwitterLinked InMendeleyWechatReddit Figures & Info The t(8;21) translocation is one of the most frequent chromosome abnormalities in acute myeloid leukemia. It has been shown that the t(8;21) breakpoints on chromosome 21 cluster within a single specific intron of the AML1 gene, which is highly homologous to the Drosophila segmentation gene runt. Here we report that this translocation juxtaposes the AML1 gene with a novel gene, named MTG8, on chromosome 8, resulting in the synthesis of an AML1-MTG8 fusion transcript. The fusion protein predicted by the AML1-MTG8 transcript consists of the runt homology region of AML1 and the most part of MTG8, which contains putative zinc finger DNA binding motifs and proline-rich regions constituting a characteristic feature of transcription factors. The MTG8 gene is not expressed in normal hematopoietic cells, whereas AML1 is expressed at high levels. Our results indicate that the production of chimeric AML1-MTG8 protein, probably a chimeric transcription factor, may contribute to myeloid leukemogenesis. Previous ArticleNext Article Volume 12Issue 71 July 1993In this issue RelatedDetailsLoading ...

OBJECTIVE—Berberine (BBR) activates AMP-activated protein kinase (AMPK) and improves insulin sensitivity in rodent models of insulin resistance. We investigated the mechanism of activation of AMPK by BBR and explored whether derivatization of BBR could improve its in vivo efficacy. RESEARCH DESIGN AND METHODS—AMPK phosphorylation was examined in L6 myotubes and LKB1−/− cells, with or without the Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase kinase (CAMKK) inhibitor STO-609. Oxygen consumption was measured in L6 myotubes and isolated muscle mitochondria. The effect of a BBR derivative, dihydroberberine (dhBBR), on adiposity and glucose metabolism was examined in rodents fed a high-fat diet. RESULTS—We have made the following novel observations: 1) BBR dose-dependently inhibited respiration in L6 myotubes and muscle mitochondria, through a specific effect on respiratory complex I, similar to that observed with metformin and rosiglitazone; 2) activation of AMPK by BBR did not rely on the activity of either LKB1 or CAMKKβ, consistent with major regulation at the level of the AMPK phosphatase; and 3) a novel BBR derivative, dhBBR, was identified that displayed improved in vivo efficacy in terms of counteracting increased adiposity, tissue triglyceride accumulation, and insulin resistance in high-fat–fed rodents. This effect is likely due to enhanced oral bioavailability. CONCLUSIONS—Complex I of the respiratory chain represents a major target for compounds that improve whole-body insulin sensitivity through increased AMPK activity. The identification of a novel derivative of BBR with improved in vivo efficacy highlights the potential importance of BBR as a novel therapy for the treatment of type 2 diabetes.

Objective

 The technology for the growth of human intestinal epithelial cells is rapidly progressing. An exciting possibility is that this system could serve as a platform for individualised medicine and research. However, to achieve this goal, human epithelial culture must be enhanced so that biopsies from individuals can be used to reproducibly generate cell lines in a short time frame so that multiple, functional assays can be performed (ie, barrier function and host–microbial interactions). 

Design

 We created a large panel of human gastrointestinal epithelial cell lines (n=65) from patient biopsies taken during routine upper and lower endoscopy procedures. Proliferative stem/progenitor cells were rapidly expanded using a high concentration of conditioned media containing the factors critical for growth (Wnt3a, R-spondin and Noggin). A combination of lower conditioned media concentration and Notch inhibition was used to differentiate these cells for additional assays. 

Results

 We obtained epithelial lines from all accessible tissue sites within 2 weeks of culture. The intestinal cell lines were enriched for stem cell markers and rapidly grew as spheroids that required passage at 1:3–1:4 every 3 days. Under differentiation conditions, intestinal epithelial spheroids showed region-specific development of mature epithelial lineages. These cells formed functional, polarised monolayers covered by a secreted mucus layer when grown on Transwell membranes. Using two-dimensional culture, these cells also demonstrated novel adherence phenotypes with various strains of pathogenic Escherichia coli. 

Conclusions

 This culture system will facilitate the study of interindividual, functional studies of human intestinal epithelial cells, including host–microbial interactions.

Reestablishing homeostasis after tissue damage depends on the proper organization of stem cells and their progeny, though the repair mechanisms are unclear. The mammalian intestinal epithelium is well suited to approach this problem, as it is composed of well-delineated units called crypts of Lieberkühn. We found that Wnt5a, a noncanonical Wnt ligand, was required for crypt regeneration after injury in mice. Unlike controls, Wnt5a-deficient mice maintained an expanded population of proliferative epithelial cells in the wound. We used an in vitro system to enrich for intestinal epithelial stem cells to discover that Wnt5a inhibited proliferation of these cells. Surprisingly, the effects of Wnt5a were mediated by activation of transforming growth factor-β (TGF-β) signaling. These findings suggest a Wnt5a-dependent mechanism for forming new crypt units to reestablish homeostasis.