Inflammasome is an intracellular signaling complex of the innate immune system. Activation of inflammasomes promotes the secretion of interleukin 1β (IL-1β) and IL-18 and triggers pyroptosis. Caspase-1 and -11 (or -4/5 in human) in the canonical and non-canonical inflammasome pathways, respectively, are crucial for inflammasome-mediated inflammatory responses. Here we report that gasdermin D (GSDMD) is another crucial component of inflammasomes. We discovered the presence of GSDMD protein in nigericin-induced NLRP3 inflammasomes by a quantitative mass spectrometry-based analysis. Gene deletion of GSDMD demonstrated that GSDMD is required for pyroptosis and for the secretion but not proteolytic maturation of IL-1β in both canonical and non-canonical inflammasome responses. It was known that GSDMD is a substrate of caspase-1 and we showed its cleavage at the predicted site during inflammasome activation and that this cleavage was required for pyroptosis and IL-1β secretion. Expression of the N-terminal proteolytic fragment of GSDMD can trigger cell death and N-terminal modification such as tagging with Flag sequence disrupted the function of GSDMD. We also found that pro-caspase-1 is capable of processing GSDMD and ASC is not essential for GSDMD to function. Further analyses of LPS plus nigericin- or Salmonella typhimurium-treated macrophage cell lines and primary cells showed that apoptosis became apparent in Gsdmd−/− cells, indicating a suppression of apoptosis by pyroptosis. The induction of apoptosis required NLRP3 or other inflammasome receptors and ASC, and caspase-1 may partially contribute to the activation of apoptotic caspases in Gsdmd−/− cells. These data provide new insights into the molecular mechanisms of pyroptosis and reveal an unexpected interplay between apoptosis and pyroptosis.

Abstract Caspase-8 (Casp8) serves as an initiator of apoptosis or a suppressor of necroptosis in context-dependent manner. Members of the p90 RSK family can phosphorylate caspase-8 at threonine-265 (T265), which can inactivate caspase-8 for bypassing caspase-8-mediated blockade of necroptosis and can also decrease caspase-8 level by promoting its degradation. Mutating T265 in caspase-8 to alanine (A) in mice blocked TNF-induced necroptotic cecum damage but resulted in unexpectedly massive injury in the small intestine. Here, we show RSK1, RSK2, and RSK3 redundantly function in caspase-8 phosphorylation, and the duodenum is the most severely affected part of the small intestine when T265 phosphorylation of caspase-8 was prevented. Eliminating caspase-8 phosphorylation resulted in a duodenum-specific increase in basal caspase-8 protein level, which shall be responsible for the increased sensitivity to TNF-induced damage. Apoptosis of intestinal epithelial cells (IECs) was predominant in the duodenum of TNF-treated Rsk1 − / − Rsk2 − / − Rsk3 − / − and Casp8 T265A/T265A mice, though necroptosis was also observed. The heightened duodenal injury amplified systemic inflammatory responses, as evidenced by the contribution of hematopoietic cells to the sensitization of TNF-induced animal death. Further analysis revealed that hematopoietic and non-hematopoietic cells contributed differentially to cytokine production in response to the increased cell death. Collectively, RSKs emerges as a previously overlooked regulator that, via tissue/organ-constrained inactivating caspase-8 and/or downregulating caspase-8 protein level, controls the sensitivity to TNF-induced organ injury and animal death.

Summary ZBP1 is an interferon-induced nucleic acid (NA) sensor that senses unusual Z-form NA (Z-NA), a type of left-handed nucleic acid. More than that, the binding of ZBP1 with Z-NA promotes cell death and inflammation. However, the mechanisms that dampen ZBP1 activation to fine-tune inflammatory responses are unclear. Here we characterize a short isoform of ZBP1 (referred to as ZBP1-S) as an intrinsic suppresser of the inflammatory signaling mediated by full-length ZBP1. Compared with ZBP1, ZBP1-S protein has Zα domains but no RHIM domains. Mechanistically, ZBP1-S depresses ZBP1-mediated cell death by competitive binding with Z-NA for Zα domains of ZBP1. Cells from mice ( Rip1 D 325 A/D 325 A ) with Cleavage-resistant RIP1-induced autoinflammatory (CRIA) syndrome are alive but sensitive to IFN-induced and ZBP1-depedent cell death. Intriguingly, Rip1 D 325 A/D 325 A cells go death spontaneously when ZBP1-S was deleted, indicating the cell death driven by ZPB1 is under the check of ZBP1-S. Thus, our findings reveal that alternative splicing of Zbp1 represents an autogenic inhibition for regulating ZBP1 signaling and indicate that uncoupling of Z-NA with ZBP1 could be an effective strategy against auto-inflammations. Highlight ZBP1-short isoform is expressed synchronously with ZBP1. ZBP1-short isoform counteracts ZBP1 mediated cell death. ZBP1-S suppresses ZBP1 signaling in an Zα-domain dependent manner. ZBP1-S prevents the autoactivation of ZBP1 in Rip1 D 325 A/D 325 A cells.

SUMMARY Nucleotide-binding and oligomerization domain (NOD)-like receptors (NLRs) constitute the largest family of pattern recognition receptors. These receptors are master regulators of innate immunity. Recently, PELO-driven ATPase activation of NLRs was demonstrated as a critical step in NLR activation. Linkage studies in human with various inherited autoinflammatory conditions have revealed an extensive array of mutations and polymorphisms within NLRs. However, the precise mechanisms by which genetic variations in NLR genes contribute to disease onset remain largely elusive. Here we comprehensively analyze dozens of naturally occurring mutations across multiple human NLRs, and demonstrate that NLRs harboring pathogenic mutations in their NACHT domain—not those with non-pathogenic variants—exhibit spontaneous PELO-independent ATPase activation. This aberrant activation triggers corresponding NLR to mediate inflammatory responses. Thus, bypassing the PELO-checkpoint for ATPase activation is a major disease-causing mechanism underlying NLR mutations. Furthermore, quantifying this aberrant ATPase activation could serve as an assessment tool for classifying the pathogenesis of NLR -associated diseases.

SUMMARY NOD-like receptors (NLRs) are pattern recognition receptors for diverse innate immune responses. Self-oligomerization after engagement with a ligand was a generally accepted model for the activation of each NLR. We report here that a catalyzer is required for the self-oligomerization. Protein pelota homolog (PELO, Dom34 in yeast), a well-known surveillance factor in translational quality control/ribosome rescue, interacts with all cytosolic NLRs and activates their ATPase. In the case of flagellin-initiated NLRC4 inflammasome activation, flagellin-bound NAIP5 recruits the first NLRC4 and then PELO is required for correctly assembling the rest of NLRC4s into the NLRC4 complex one by one by activating the NLRC4 ATPase. Stoichiometric and functional data revealed that PELO cannot be a structural constituent of NLRC4 inflammasome but a powerful catalyzer for its assembly. The catalytic role of PELO in the activation of cytosolic NLRs is unexpected and may break new ground for future studies of NLR family members.