Abstract Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) inhibit cyclooxygenase-1 (COX-1) and COX-2 enzymes. The NLRP3 inflammasome is a multi-protein complex responsible for the processing of the proinflammatory cytokine interleukin-1β and is implicated in many inflammatory diseases. Here we show that several clinically approved and widely used NSAIDs of the fenamate class are effective and selective inhibitors of the NLRP3 inflammasome via inhibition of the volume-regulated anion channel in macrophages, independently of COX enzymes. Flufenamic acid and mefenamic acid are efficacious in NLRP3-dependent rodent models of inflammation in air pouch and peritoneum. We also show therapeutic effects of fenamates using a model of amyloid beta induced memory loss and a transgenic mouse model of Alzheimer’s disease. These data suggest that fenamate NSAIDs could be repurposed as NLRP3 inflammasome inhibitors and Alzheimer’s disease therapeutics.

The immunogenicity of malignant cells has recently been acknowledged as a critical determinant of efficacy in cancer therapy. Thus, besides developing direct immunostimulatory regimens, including dendritic cell-based vaccines, checkpoint-blocking therapies, and adoptive T-cell transfer, researchers have started to focus on the overall immunobiology of neoplastic cells. It is now clear that cancer cells can succumb to some anticancer therapies by undergoing a peculiar form of cell death that is characterized by an increased immunogenic potential, owing to the emission of the so-called "damage-associated molecular patterns" (DAMPs). The emission of DAMPs and other immunostimulatory factors by cells succumbing to immunogenic cell death (ICD) favors the establishment of a productive interface with the immune system. This results in the elicitation of tumor-targeting immune responses associated with the elimination of residual, treatment-resistant cancer cells, as well as with the establishment of immunological memory. Although ICD has been characterized with increased precision since its discovery, several questions remain to be addressed. Here, we summarize and tabulate the main molecular, immunological, preclinical, and clinical aspects of ICD, in an attempt to capture the essence of this phenomenon, and identify future challenges for this rapidly expanding field of investigation.

Intestinal microbiota are critical for health with changes associated with diverse human diseases. Research suggests that altered intestinal microbiota can profoundly affect brain function. However, whether altering brain function directly affects the microbiota is unknown. Since it is currently unclear how brain injury induces clinical complications such as infections or paralytic ileus, key contributors to prolonged hospitalization and death post-stroke, we tested in mice the hypothesis that brain damage induced changes in the intestinal microbiota. Experimental stroke altered the composition of caecal microbiota, with specific changes in Peptococcaceae and Prevotellaceae correlating with the extent of injury. These effects are mediated by noradrenaline release from the autonomic nervous system with altered caecal mucoprotein production and goblet cell numbers. Traumatic brain injury also caused changes in the gut microbiota, confirming brain injury effects gut microbiota. Changes in intestinal microbiota after brain injury may affect recovery and treatment of patients should appreciate such changes.

Significance Cerebral ischemia (CI; stroke, brain injury, vascular dementia, neonatal hypoxia, and many other conditions) affects people at all stages of life. Of the many diseases associated with CI, stroke alone causes up to 10% of deaths worldwide and is a leading cause of disability; yet treatment options are extremely limited, so this represents an area of massive unmet clinical need. Inflammation involving the cytokine interleukin-1 is a major contributor to cell death in the ischemic brain. Inflammation can be regulated by large protein complexes called inflammasomes. Here we show that the NLRC4 (NLR family, CARD domain containing 4) and AIM2 (absent in melanoma 2) inflammasomes, but not the NLRP3 (NLR family, pyrin domain containing 3) inflammasome, contribute to inflammation and injury in an ischemic brain and are thus potential therapeutic targets for these devastating diseases.

Interleukin-1β (IL-1β) is a critical regulator of the inflammatory response. IL-1β is not secreted through the conventional ER–Golgi route of protein secretion, and to date its mechanism of release has been unknown. Crucially, its secretion depends upon the processing of a precursor form following the activation of the multimolecular inflammasome complex. Using a novel and reversible pharmacological inhibitor of the IL-1β release process, in combination with biochemical, biophysical, and real-time single-cell confocal microscopy with macrophage cells expressing Venus-labelled IL-1β, we have discovered that the secretion of IL-1β after inflammasome activation requires membrane permeabilisation, and occurs in parallel with the death of the secreting cell. Thus, in macrophages the release of IL-1β in response to inflammasome activation appears to be a secretory process independent of nonspecific leakage of proteins during cell death. The mechanism of membrane permeabilisation leading to IL-1β release is distinct from the unconventional secretory mechanism employed by its structural homologues fibroblast growth factor 2 (FGF2) or IL-1α, a process that involves the formation of membrane pores but does not result in cell death. These discoveries reveal key processes at the initiation of an inflammatory response and deliver new insights into the mechanisms of protein release.

Abstract Inflammation driven by the NLRP3 inflammasome is coordinated through multiple signaling pathways and with a poorly defined regulation by sub-cellular organelles. Here, we tested the hypothesis that NLRP3 senses disrupted endosome trafficking to trigger inflammasome formation and inflammatory cytokine secretion. NLRP3-activating stimuli disrupted endosome trafficking and triggered localization of NLRP3 to vesicles positive for endosome markers and the inositol lipid PtdIns4P. Chemical disruption of endosome trafficking sensitized macrophages to the NLRP3 activator imiquimod driving enhanced inflammasome activation and cytokine secretion. Together these data suggest that NLRP3 is capable of sensing disruptions in the trafficking of endosomal cargoes, and that this may explain in part the spatial activation of the NLRP3 inflammasome complex. These data highlight new mechanisms amenable for the therapeutic targeting of NLRP3. One-Sentence Summary NLRP3 senses disruptions in endosome trafficking to trigger the formation of an inflammasome complex and initiate an inflammatory response.

Abstract Inflammation driven by DNA sensors is now understood to be central to disease pathogenesis. Here we describe new inhibitors of pathogenic DNA sensing, primarily of the inflammasome forming sensor AIM2. Molecular modelling and biochemistry has revealed potent inhibitors of AIM2 that work by binding competitively to the DNA binding site. Though less potent, these AIM2 inhibitors, 4-sulfonic calixarenes, also inhibit DNA sensors cGAS and TLR9 demonstrating a broad utility against pathogenic DNA-driven inflammatory responses. The 4-sulfonic calixarenes inhibited AIM2 dependent post-stroke T cell death, highlighting a proof of concept that the 4-sulfonic calixarenes could be effective at combatting post-stroke immunosuppression. By extension, we propose a broad utility against DNA driven inflammation in disease. Finally, we reveal that the ancient drug suramin, by virtue of its structural similarities, is an excellent inhibitor of DNA-dependent inflammation and propose that suramin could be rapidly repurposed to meet an ever increasing clinical need.

The risk of early recurrent events after stroke remains high despite currently established secondary prevention strategies1. Risk is particularly high in patients with atherosclerosis, with more than 10% of patients experiencing early recurrent events1,2. However, despite the enormous medical burden of this clinical phenomenon, the underlying mechanisms leading to increased vascular risk and recurrent stroke are largely unknown. Here, using a novel mouse model of stroke-induced recurrent ischaemia, we show that stroke leads to activation of the AIM2 inflammasome in vulnerable atherosclerotic plaques via an increase of circulating cell-free DNA. Enhanced plaque inflammation post-stroke results in plaque destabilization and atherothrombosis, finally leading to arterioarterial embolism and recurrent stroke within days after the index stroke. We confirm key steps of plaque destabilization also after experimental myocardial infarction and in carotid artery plaque samples from patients with acute stroke. Rapid neutrophil NETosis was identified as the main source of cell-free DNA after stroke and NET–DNA as the causative agent leading to AIM2 inflammasome activation. Neutralization of cell-free DNA by DNase treatment or inhibition of inflammasome activation reduced the rate of stroke recurrence after experimental stroke. Our findings present an explanation for the high recurrence rate after incident ischaemic events in patients with atherosclerosis. The detailed mechanisms uncovered here provide clinically uncharted therapeutic targets for which we show high efficacy to prevent recurrent events. Targeting DNA-mediated inflammasome activation after remote tissue injury represents a promising avenue for further clinical development in the prevention of early recurrent events. This study describes sensing of circulating cell-free DNA after stroke as the mechanism leading to recurrent ischemic events.

Abstract The NLRP3 inflammasome is a multi-molecular protein complex that converts inactive cytokine precursors into active forms of IL-1β and IL-18. The NLRP3 inflammasome is frequently associated with the damaging inflammation of non-communicable disease states and is considered a therapeutic target. However, there is much regarding the mechanism of NLRP3 activation that remains unknown. Chloride efflux is suggested as an important step in NLRP3 activation, but the identity of which chloride channels are involved is still unknown. We used chemical, biochemical, and genetic approaches to establish the importance of Cl - channels in the regulation of NLRP3 activation. Specifically we identify LRRC8A, an essential component of volume-regulated anion channels (VRAC), as a vital regulator of hypotonicity-induced, but not DAMP-induced, NLRP3 inflammasome activation. Although LRRC8A was dispensable for canonical DAMP-dependent NLRP3 activation, this was still sensitive to Cl - channel inhibitors, suggesting there are additional and specific Cl - sensing and regulating mechanisms controlling NLRP3.