Abstract Objective EndoC-βH5 is a newly established human beta-cell model which may be superior to previous models of native human beta cells. Exposure of beta cells to proinflammatory cytokines is a widely used in vitro model of immune-mediated beta-cell failure in type 1 diabetes and we therefore performed an in-depth characterisation of the effects of cytokines on EndoC-βH5 cells. Methods The sensitivity profile of EndoC-βH5 cells to the toxic effects of the pro-inflammatory cytokines interleukin-1β (IL-1β), interferon γ (IFNγ) and tumour necrosis factor-α (TNFα) was examined in titration and time-course experiments. Cell death was evaluated by caspase 3/7 activity, cytotoxicity, viability, TUNEL assay and immunoblotting. Mitochondrial function was evaluated by extracellular flux technology. Activation of signalling pathways and major histocompatibility complex (MHC) class I expression were examined by immunoblotting, immunofluorescence, and real-time quantitative PCR (qPCR). Glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) and cytokine-induced chemokine secretion were measured by ELISA and Meso Scale Discovery multiplexing electrochemiluminescence, respectively. Global gene expression was characterised by stranded RNA sequencing. Results Cytokines increased caspase activity and cytotoxicity in EndoC-βH5 cells in a time- and dose-dependent manner. The proapoptotic effect of cytokines was primarily driven by IFNγ. Cytokine exposure caused impaired mitochondrial function, diminished GSIS, and induced secretion of chemokines. At the signalling level, cytokines increased the phosphorylation of signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1) but not c-jun N-terminal kinase (JNK) and did not cause degradation of nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells inhibitor α (IκBα). MHC class I was induced by cytokines. Cytokine exposure caused significant changes to the EndoC-βH5 transcriptome including upregulation of HLA genes, endoplasmic reticulum stress markers, and non-coding RNAs. Among the differentially expressed genes were several type 1 diabetes risk genes. Conclusions Our study provides detailed insight into the functional and transcriptomic effects of cytokines on EndoC-βH5 cells. This knowledge will be helpful for future investigations studying cytokine effects in this cell model.

Immune-mediated destruction of the beta-cells in the pancreatic islets of Langerhans is the underlying cause of type 1 diabetes (T1D). Despite decades of research, the exact mechanisms involved at the beta-cell level during the development of disease remain poorly understood. This includes the mode(s) of beta-cell death and signaling events implicated in exacerbating local islet inflammation and immune cell infiltration, commonly known as insulitis. In disease models, beta-cell apoptosis seems to be the predominant cell death form which has led to the general assumption that beta cells mostly die by apoptosis in T1D. However, apoptosis is an anti-inflammatory programmed cell death mechanism, and this dogma is therefore challenged by the pathogenetic nature of T1D, as a progressive increase in islet inflammation is seen. This infers that other modes of beta-cell death that inherently increase insulitis may predominate. One such mechanism could be the newly characterized form of programmed cell death; pyroptosis (from the Greek 'fire-falling'). Pyroptosis is characterized by gasdermin-mediated cell lysis with a bursting release of pro-inflammatory factors. Beta-cell death by pyroptosis in T1D may therefore offer a plausible explanation for the exacerbated paracrine islet inflammation that spreads during the progression of insulitis. Here, we briefly debate the evidence supporting beta-cell pyroptosis in T1D as a central mechanism of islet inflammation and beta-cell demise. The paper intends to challenge the current understanding of beta-cell destruction to move the field forward. Importantly, we present experimental data from human islets and EndoC-βH5 cells that directly support beta-cell pyroptosis as a rational death mechanism in T1D. We suggest a model of beta-cell demise in T1D in which pyroptosis plays a prominent role in concert with other cell death mechanisms. As the role of pyroptosis in disease is still in its infancy, we hope also to inspire researchers working in other disease fields.