Abstract COPA syndrome is caused by loss-of-function mutations in the COP-α subunit of coatomer protein complex I (COPI), which participates in retrograde vesicular trafficking of proteins from the Golgi to the endoplasmic reticulum (ER). Disease manifests early in life with arthritis, lung pathology, kidney dysfunction and systemic inflammation associated with NF-κB activation and type I interferon (IFNαβ) production. Here, we generated in vitro models for COPA syndrome and interrogated inflammatory signalling pathways via a range of biochemical and molecular biological techniques. Results were confirmed with cell lines in which mutant COPA was overexpressed and with COPA syndrome patient PBMCs. We identified Stimulator of Interferon Genes (STING), as a driver of inflammation in COPA syndrome. Furthermore, we found that genetic deletion of COPG1, another COPI subunit protein, induced NF-κB and type I IFN pathways similar to COPA-deficiency. Finally, we demonstrate that in vitro , inflammation due to COPA syndrome mutations was ameliorated by treatment with the small molecule STING inhibitor H-151. Therefore, inflammation induced by deletion of COPI subunits in general suggests a link between retrograde trafficking and STING regulation, and this innate immune sensor represents a novel therapeutic target in COPA syndrome.

Abstract Rare genetic variants in toll-like receptor 7 (TLR7) are known to cause lupus in humans and mice. UNC93B1 is a transmembrane protein that regulates TLR7 localization into endosomes. In the present study, we identify two new variants in UNC93B1 (T314A, located proximally to the TLR7 transmembrane domain, and V117L) in a cohort of east Asian patients with childhood-onset systemic lupus erythematosus. The V117L variant was associated with increased expression of type I interferons and NF-κB-dependent cytokines in patient plasma and immortalized B cells. THP-1 cells expressing the variant UNC93B1 alleles exhibited exaggerated responses to stimulation of TLR7/-8, but not TLR3 or TLR9, which could be inhibited by targeting the downstream signaling molecules, IRAK1/-4. Heterozygous mice expressing the orthologous Unc93b1 V117L variant developed a spontaneous lupus-like disease that was more severe in homozygotes and again hyperresponsive to TLR7 stimulation. Together, this work formally identifies genetic variants in UNC93B1 that can predispose to childhood-onset systemic lupus erythematosus.

Abstract Rare genetic variants in TLR7 are known to cause lupus in humans and mice. UNC93B1 is a transmembrane protein that regulates TLR7 localisation into endosomes, however it has only been genetically linked to lupus in mice and dogs. We now identify a novel variant in UNC93B1 (T314A) located proximally to the TLR7 transmembrane domain, in a patient with childhood-onset systemic lupus erythematosus (SLE). Further examination in a cohort of East Asian patients revealed seven who encode UNC93B1 (V117L), which is a rare but highly significant risk factor for this disease, when compared to the corresponding general population. The variant is associated with increased expression of type I IFNs and NF-kB cytokines in patients plasma and PBMC. This was confirmed using cell line models, with exaggerated responses to stimulation of TLR7/8, but not TLR3 or TLR9, and the process can be inhibited by targeting the TLR signaling molecules IRAK1/4. For UNC93B1 (V117L) we then created the orthologous mutation in mice (V138L), which results in a spontaneous lupus-like disease in heterozygotes, that is more severe in homozygotes and again hyperresponsive to TLR7 stimulation. Together, this work formally identifies genetic variants in UNC93B1 that can predispose to childhood-onset SLE. One sentence summary Rare genetic variants in UNC93B1 predispose to childhood-onset lupus via TLR7-IRAK1/4, validated with a corresponding mouse model.

Mitochondrial RNA (mtRNA) in the cytosol can trigger the innate immune sensor MDA5, and autoinflammatory disease due to type I IFN. Here, we show that a dominant negative mutation in the gene encoding the mitochondrial exonuclease REXO2 may cause interferonopathy by triggering the MDA5 pathway. A patient characterized by this heterozygous de novo mutation (p.T132A) presented with persistent skin rash featuring hyperkeratosis, parakeratosis and acanthosis, with infiltration of lymphocytes and eosinophils around small blood vessels. In addition, circulating IgE levels and inflammatory cytokines, including IFNα, are found consistently elevated. Transcriptional analysis highlights a type I IFN gene signature in PBMC. Mechanistically, REXO2 (T132A) lacks the ability to cleave RNA and inhibits the activity of wild-type REXO2. This leads to an accumulation of mitochondrial dsRNA in the cytosol, which is recognized by MDA5, leading to the associated type I IFN gene signature. These results demonstrate that in the absence of appropriate regulation by REXO2, aberrant cellular nucleic acids may accumulate and continuously trigger innate sensors, resulting in an inborn error of immunity. The RNA exonuclease REXO2 plays an important role in the degradation of mitochondrial RNA. Authors here describe a dominant negative REXO2 mutation that causes autoinflammatory disease via Type I IFN activation.

Abstract Mixed-lineage kinase domain-like protein (MLKL) is an essential effector protein of necroptotic cell death. The four-helix bundle domain (4HB) presented by the first 125 amino acids of the N-terminal domain is sufficient for its necroptotic activity. However, it has been proposed that the subsequent helix H6 of the brace region has a regulatory effect on its necroptotic activity. How the brace region restrains the necroptotic activity of the N-terminal domain of MLKL is currently unknown. Here, we demonstrate the importance of helix H6 to constrain the necroptotic activity. A single amino acid mutation D144K was able to activate the necroptotic activity of the N-terminal domain of MLKL by removing helix H6 away from 4HB domain. This enabled protein’s oligomerization and membrane translocation. Moreover, a biophysical comparison revealed that helix H6 becomes partially unstructured due to D144K mutation, leading to a lower overall thermodynamic stability of the mutant protein compared to the wild type.