Abstract The pro‐inflammatory cytokine IL‐1β is well known for its role in host defense and the initiation of potent inflammatory responses. It is processed from its inactive pro‐form by the inflammatory caspase‐1 into its mature bioactive form, which is then released from the cell via an unconventional secretion mechanism. Recently, gasdermin‐D has been identified as a new target of caspase‐1. After proteolytical cleavage of gasdermin‐D, the N‐terminal fragment induces pyroptosis, a lytic cell death, by forming large permeability pores in the plasma membrane. Here we show using the murine system that gasdermin‐D is required for IL‐1β secretion by macrophages, dendritic cells and partially in neutrophils, and that secretion is a cell‐lysis‐independent event. Liposome transport assays in vitro further demonstrate that gasdermin‐D pores are large enough to allow the direct release of IL‐1β. Moreover, IL‐18 and other small soluble cytosolic proteins can also be released in a lysis‐independent but gasdermin‐D‐dependent mode, suggesting that the gasdermin‐D pores allow passive the release of cytosolic proteins in a size‐dependent manner.

How host cells induce the release of DNA from cytosolic bacteria is unclear. Broz and colleagues show that the guanylate-binding proteins GBP2 and GBP5 trigger bacteriolysis in infected host cells and thereby allow recognition by the sensor AIM2. The AIM2 inflammasome detects double-stranded DNA in the cytosol and induces caspase-1-dependent pyroptosis as well as release of the inflammatory cytokines interleukin 1β (IL-1β) and IL-18. AIM2 is critical for host defense against DNA viruses and bacteria that replicate in the cytosol, such as Francisella tularensis subspecies novicida (F. novicida). The activation of AIM2 by F. novicida requires bacteriolysis, yet whether this process is accidental or is a host-driven immunological mechanism has remained unclear. By screening nearly 500 interferon-stimulated genes (ISGs) through the use of small interfering RNA (siRNA), we identified guanylate-binding proteins GBP2 and GBP5 as key activators of AIM2 during infection with F. novicida. We confirmed their prominent role in vitro and in a mouse model of tularemia. Mechanistically, these two GBPs targeted cytosolic F. novicida and promoted bacteriolysis. Thus, in addition to their role in host defense against vacuolar pathogens, GBPs also facilitate the presentation of ligands by directly attacking cytosolic bacteria.

Inflammasomes activate the protease caspase-1, which cleaves interleukin-1β and interleukin-18 to generate the mature cytokines and controls their secretion and a form of inflammatory cell death called pyroptosis. By generating mice expressing enzymatically inactive caspase-1C284A, we provide genetic evidence that caspase-1 protease activity is required for canonical IL-1 secretion, pyroptosis, and inflammasome-mediated immunity. In caspase-1-deficient cells, caspase-8 can be activated at the inflammasome. Using mice either lacking the pyroptosis effector gasdermin D (GSDMD) or expressing caspase-1C284A, we found that GSDMD-dependent pyroptosis prevented caspase-8 activation at the inflammasome. In the absence of GSDMD-dependent pyroptosis, the inflammasome engaged a delayed, alternative form of lytic cell death that was accompanied by the release of large amounts of mature IL-1 and contributed to host protection. Features of this cell death modality distinguished it from apoptosis, suggesting it may represent a distinct form of pro-inflammatory regulated necrosis.

Inflammation is a complex physiological process triggered in response to harmful stimuli1. It involves cells of the immune system capable of clearing sources of injury and damaged tissues. Excessive inflammation can occur as a result of infection and is a hallmark of several diseases2-4. The molecular bases underlying inflammatory responses are not fully understood. Here we show that the cell surface glycoprotein CD44, which marks the acquisition of distinct cell phenotypes in the context of development, immunity and cancer progression, mediates the uptake of metals including copper. We identify a pool of chemically reactive copper(II) in mitochondria of inflammatory macrophages that catalyses NAD(H) redox cycling by activating hydrogen peroxide. Maintenance of NAD+ enables metabolic and epigenetic programming towards the inflammatory state. Targeting mitochondrial copper(II) with supformin (LCC-12), a rationally designed dimer of metformin, induces a reduction of the NAD(H) pool, leading to metabolic and epigenetic states that oppose macrophage activation. LCC-12 interferes with cell plasticity in other settings and reduces inflammation in mouse models of bacterial and viral infections. Our work highlights the central role of copper as a regulator of cell plasticity and unveils a therapeutic strategy based on metabolic reprogramming and the control of epigenetic cell states.

Abstract Inflammasome-induced pyroptosis comprises a key cell-autonomous immune process against intracellular bacteria, namely the generation of dying cell structures. These so-called pore-induced intracellular traps (PITs) entrap and weaken intracellular microbes. However, the immune importance of pyroptosis against extracellular pathogens remains unclear. Here, we report that Type-3 secretion system (T3SS)-expressing Pseudomonas aeruginosa ( P. aeruginosa ) escaped PIT immunity by inducing a NLRC4 inflammasome-dependent macrophage pyroptosis response in the extracellular environment. To the contrary, phagocytosis of Salmonella Typhimurium promoted NLRC4-dependent PIT formation and the subsequent bacterial caging. Remarkably, T3SS-deficient Pseudomonas were efficiently sequestered within PIT-dependent caging, which favored exposure to neutrophils. Conversely, both NLRC4 and caspase-11 deficient mice presented increased susceptibility to T3SS-deficient P. aeruginosa challenge, but not to T3SS-expressing P. aeruginosa. Overall, our results uncovered that P. aeruginosa uses its T3SS to overcome inflammasome-triggered pyroptosis, which is primarily effective against intracellular invaders. Importance Although innate immune components confer host protection against infections, the opportunistic bacterial pathogen Pseudomonas aeruginosa ( P. aeruginosa ) exploits the inflammatory reaction to thrive. Specifically the NLRC4 inflammasome, a crucial immune complex, triggers an Interleukin (IL)-1β and -18 deleterious host response to P. aeruginosa . Here, we provide evidence that, in addition to IL-1 cytokines, P. aeruginosa also exploits the NLRC4 inflammasome-induced pro-inflammatory cell death, namely pyroptosis, to avoid efficient uptake and killing by macrophages. Therefore, our study reveals that pyroptosis-driven immune effectiveness mainly depends on P. aeruginosa localization. This paves the way toward our comprehension of the mechanistic requirements for pyroptosis effectiveness upon microbial infections and may initiate targeted approaches in order to ameliorate the innate immune functions to infections. Graphical abstract Macrophages infected with T3SS-expressing P. aeruginosa die in a NLRC4-dependent manner, which allows bacterial escape from PIT-mediated cell-autonomous immunity and neutrophil efferocytosis. However, T3SS-deficient P. aeruginosa is detected by both NLRC4 and caspase-11 inflammasomes, which promotes bacterial trapping and subsequent efferocytosis of P. aeruginosa -containing-PITs by neutrophils.

Abstract Mycobacterium abscessus (Mabs) drives life-shortening mortality in cystic fibrosis (CF) patients, primarily because of its resistance to chemotherapeutic agents. To date, our knowledge on the host and bacterial determinants driving Mabs pathology in CF patient lung remains rudimentary. Here, we used human airway organoids (AOs) microinjected with smooth (S) or rough (R-)Mabs to evaluate bacteria fitness, host responses to infection, and new treatment efficacy. We show that S Mabs formed biofilm, R Mabs formed cord serpentines and displayed a higher virulence. While Mabs infection triggers enhanced oxidative stress, pharmacological activation of antioxidant pathways resulted in better control of Mabs growth. Genetic and pharmacological inhibition of the CFTR is associated with better growth and higher virulence of S and R Mabs. Finally, pharmacological activation of antioxidant pathways inhibited Mabs growth and improved efficacy in combination with cefoxitin, a first line antibiotic. In conclusion, we have established AOs as a suitable human system to decipher mechanisms of CF-driven respiratory infection by Mabs and propose antioxidants as a potential host-directed strategy to improve Mabs infection control.

Summary Regulated cell necrosis supports immune and anti-infectious strategies of the body; however, dysregulation of these processes drives pathological organ damage. Pseudomonas aeruginosa expresses a phospholipase, ExoU that triggers pathological host cell necrosis through a poorly characterized pathway. Here, we investigated the molecular and cellular mechanisms of ExoU-mediated necrosis. We show that cellular peroxidised phospholipids enhance ExoU phospholipase activity, which drives necrosis of immune and non-immune cells. Conversely, both the endogenous lipid peroxidation regulator GPX4 and the pharmacological inhibition of lipid peroxidation delay ExoU-dependent cell necrosis and improve bacterial elimination in vitro and in vivo . Our findings also pertain to the ExoU-related phospholipase from the bacterial pathogen Burkholderia thailandensis , suggesting that exploitation of peroxidised phospholipids might be a conserved virulence mechanism among various microbial phospholipases. Overall, our results identify an original lipid peroxidation-based virulence mechanism as a strong contributor of microbial phospholipase-driven pathology.

ABSTRACT The intracellular inflammasome complex have been implicated in the maladaptive tissue damage and inflammation observed in chronic Pseudomonas aeruginosa infection. Human airway and corneal epithelial cells, which are critically altered during chronic infections mediated by P. aeruginosa , specifically express the inflammasome sensor NLRP1. Here, together with a companion study, we report that the NLRP1 inflammasome detects Exotoxin A (EXOA), a ribotoxin released by P. aeruginosa Type 2 Secretion System (T2SS) during chronic infection. Mechanistically, EXOA-driven Eukaryotic Elongation Factor 2 (EEF2) ribosylation and covalent inactivation promotes ribotoxic stress and subsequent NLRP1 inflammasome activation, a process shared with other EEF2-inactivating toxins, Diphtheria Toxin and Cholix Toxin. Biochemically, irreversible EEF2 inactivation triggers ribosome stress-associated kinases ZAKα- and P38-dependent NLRP1 phosphorylation and subsequent proteasome-driven functional degradation. Finally, Cystic Fibrosis cells from patients exhibit exacerbated P38 activity and hypersensitivity to EXOA-induced ribotoxic stress-dependent NLRP1 inflammasome activation, a process inhibited by the use of ZAKα inhibitors. Altogether, our results show the importance of P. aeruginosa virulence factor EXOA at promoting NLRP1-dependent epithelial damage and identify ZAKα as a critical sensor of virulence-inactivated EEF2. KEY POINTS P. aeruginosa induces NLRP1-dependent pyroptosis in human corneal and nasal epithelial cells P. aeruginosa Exotoxin A (EXOA) and other EEF2-inactivating bacterial exotoxins activate the human NLRP1 inflammasome EEF2 inactivation promotes ribotoxic stress response and ZAKα kinase-dependent NLRP1 inflammasome activation. Bronchial epithelial cells from Cystic Fibrosis patients show extreme sensitivity to ribotoxic stress-dependent NLRP1 inflammasome activation in response to Exotoxin A P38 and ZAKα inhibition protects Cystic Fibrosis epithelial cell from EXOA-induced pyroptosis

Carbon nanomaterials (CNMs) are known for their antimicrobial (antibacterial and antiviral) activity when dispersed in a liquid, but whether this can be transferred to the surface of common materials has rarely been investigated. We have compared two typical CNMs (double-walled carbon nanotubes and few-layer graphene) in their non-oxidised and oxidised forms in terms of their antibacterial (