Gene-environment interactions in Inflammatory Bowel Disease:Emphasis on smoking and autophagy

Inflammatoire darmziekten (IBD), bestaande uit de ziekte van Crohn (ZvC) en colitis ulcerosa (CU) worden gekenmerkt door chronische ontsteking van het darmslijmvlies. Er ligt een genetische gevoeligheid ter grondslag aan het ontstaan van IBD, maar het zijn juist omgevingsfactoren die deze gevoeligheid voor en het beloop van de ziekte kunnen beïnvloeden. Een belangrijke omgevingsfactor die aantoonbaar van invloed is op IBD is roken. Roken verergert de mate van ontstekingen bij de ZvC, maar opvallend genoeg blijken patiënten met CU juist een gunstig effect te hebben op de ontstekingen bij deze ziekte. Als we darmepitheel cellen en T-lymfocyten bloot te stellen aan sigarettenrook, zien we dat het inflammatie-geïnduceerde apoptose remt wat de ZvC verergerd, maar in CU juist gunstig is. Heat shock eiwitten lijken hierin een belangrijke rol te spelen en dan met name HSPA6. We laten zien dat sigarettenrook het HSPA6 expressie verhoogt (op zowel RNA als eiwit niveau) en het anti-apoptotisch eiwit, Bcl-Xl stabiliseert. Deze bevindingen samen met de significante associatie in het HSPA6 gen met CU suggereren dat HSPA6 bijdraagt aan het anti-apoptotisch effect van sigarettenrook in CU. Welke componenten in sigarettenrook precies verantwoordelijk zijn voor dit effect, en hoe deze aangrijpen, is nog onduidelijk. De T300A variant van het ATG16L1 gen is één van de bekendste en sterkste ZvC-geassocieerde risicovarianten en een mogelijke interactie met sigarettenrook is nog niet eerder aangetoond. ATG16L1 is essentieel is voor (niet-selectieve) autofagie, een proces dat een rol speelt in de overleving van de cel, maar het is ook belangrijk voor de afbraak van bacteriën. We laten zien dat de opname van E. coli en pathogene E. coli (AIEC) in monocyten met de T300A mutatie, significant is verhoogt. Sigarettenrook onderdrukt deze verhoogde opname van E. coli, maar niet van AIEC. Verder laten we zien dat monocyten met de T300A mutatie die zijn gestimuleerd met inflammatoire triggers of sigarettenrook minder goed in staat zijn AIEC af te breken, resulterend in een verstoorde balans van de darmflora en verergering van de ZvC.Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis (UC) are autoimmune chronic inflammatory disorders of the intestine that are collectively known as inflammatory bowel diseases (IBDs). It finds its origin in an exaggerated inflammatory response to gut luminal contents, caused by an inaccurate response to environmental factors due to the specific genetic makeup of the individual. A typical environmental factor from the Western life style is cigarette smoking, which is beneficial for UC, but detrimental for CD. In this thesis, we aimed to identify smoke-induced mechanisms that could explain the dichotomy in UC and CD. We found that cigarette smoking protects intestinal epithelial cells and T-cells against inflammation-induced apoptosis. This generalized effect of cigarette smoke may lead to mucosal healing in UC, but at the same time further impair proper T-cell termination in CD. To extend our search for genes/proteins responsible for the smoke-induced anti-apoptotic signaling, we found that smoke dose-dependently enhanced the expression of heat shock protein HSPA6 and that HSPA6 physically interacts with and stabilizes the anti-apoptotic protein, Bcl-XL. Further, we found that HSPA6 resides in an UC susceptibility locus. These results reveal a potential mechanism in the smoke-dependent effect on UC. It remains to be determined which smoke-contained component(s) are responsible for the induction of HSPA6 and contribute to the anti-apoptotic effect of cigarette smoking and potential protection against colitis.The T300A variant in ATG16L1 is one of the most well known CD-associated variants and a potential interaction with cigarette smoking was not yet identified. ATG16L1 is essential for non-selective autophagy, a process important for cell survival, but it also plays a crucial role in confering resistance to infection by elimination intracellular pathogens, thereby defining mucosal tolerance. Here, we show that uptake of E. coli and of the pathogenic variant (AIEC) was increased in monocytes carrying the T300A variant and cigarette smoke only impaired the uptake of AIEC. Further, monocytes carrying the T300A variant showed impaired killing of AIEC, especially in combination with inflammatory triggers or cigarette smoke, resulting in modulation of intestinal flora, thereby further aggravating CD pathology