Mammalian cells respond to endotoxic lipopolysaccharide (LPS) by activation of protein kinase cascades that lead to new gene expression. A protein kinase, p38, that was tyrosine phosphorylated in response to LPS, was cloned. The p38 enzyme and the product of the Saccharomyces cerevisiae HOG1 gene, which are both members of the mitogen-activated protein (MAP) kinase family, have sequences at and adjacent to critical phosphorylation sites that distinguish these proteins from most other MAP kinase family members. Both HOG1 and p38 are tyrosine phosphorylated after extracellular changes in osmolarity. These findings link a signaling pathway in mammalian cells with a pathway in yeast that is responsive to physiological stress.

Protein kinases activated by dual phosphorylation on Tyr and Thr (MAP kinases) can be grouped into two major classes: ERK and JNK. The ERK group regulates multiple targets in response to growth factors via a Ras-dependent mechanism. In contrast, JNK activates the transcription factor c-Jun in response to pro-inflammatory cytokines and exposure of cells to several forms of environmental stress. Recently, a novel mammalian protein kinase (p38) that shares sequence similarity with mitogen-activated protein (MAP) kinases was identified. Here, we demonstrate that p38, like JNK, is activated by treatment of cells with pro-inflammatory cytokines and environmental stress. The mechanism of p38 activation is mediated by dual phosphorylation on Thr-180 and Tyr-182. Immunofluorescence microscopy demonstrated that p38 MAP kinase is present in both the nucleus and cytoplasm of activated cells. Together, these data establish that p38 is a member of the mammalian MAP kinase group. Protein kinases activated by dual phosphorylation on Tyr and Thr (MAP kinases) can be grouped into two major classes: ERK and JNK. The ERK group regulates multiple targets in response to growth factors via a Ras-dependent mechanism. In contrast, JNK activates the transcription factor c-Jun in response to pro-inflammatory cytokines and exposure of cells to several forms of environmental stress. Recently, a novel mammalian protein kinase (p38) that shares sequence similarity with mitogen-activated protein (MAP) kinases was identified. Here, we demonstrate that p38, like JNK, is activated by treatment of cells with pro-inflammatory cytokines and environmental stress. The mechanism of p38 activation is mediated by dual phosphorylation on Thr-180 and Tyr-182. Immunofluorescence microscopy demonstrated that p38 MAP kinase is present in both the nucleus and cytoplasm of activated cells. Together, these data establish that p38 is a member of the mammalian MAP kinase group.

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.

The Grim RIPper Cells can undergo regulated cell death through distinct processes known as apoptosis and necrosis. Regulation of apoptosis is better understood than that of necrosis. In a screen for gene products that participate in control of necrosis in cells treated with TNF (tumor necrosis factor), D.-W. Zhang et al. (p. 332 ; published online 4 June) identified a protein kinase, RIP3. In cells treated with TNF and a caspase inhibitor that inhibits apoptosis, seven metabolic enzymes interacted with RIP3, some of which are associated with mitochondria. Generation of reactive oxygen species was necessary for TNF-induced necrosis, and depletion of RIP3 reduced the generation of reactive oxygen species. Thus, RIP3 may participate in the mechanisms that link energy metabolism with mechanisms of cell death.

Mammalian mitogen-activated protein (MAP) kinases include extracellular signal-regulated protein kinase (ERK), c-Jun amino-terminal kinase (JNK), and p38 subgroups. These MAP kinase isoforms are activated by dual phosphorylation on threonine and tyrosine. Two human MAP kinase kinases (MKK3 and MKK4) were cloned that phosphorylate and activate p38 MAP kinase. These MKK isoforms did not activate the ERK subgroup of MAP kinases, but MKK4 did activate JNK. These data demonstrate that the activators of p38 (MKK3 and MKK4), JNK (MKK4), and ERK (MEK1 and MEK2) define independent MAP kinase signal transduction pathways.

p38 mitogen-activated protein (MAP) kinase activities were significantly increased in mouse hearts after chronic transverse aortic constriction, coincident with the onset of ventricular hypertrophy. Infection of cardiomyocytes with adenoviral vectors expressing upstream activators for the p38 kinases, activated mutants of MAP kinase kinase 3b(E) (MKK3bE) and MAP kinase kinase 6b(E) (MKK6bE), elicited characteristic hypertrophic responses, including an increase in cell size, enhanced sarcomeric organization, and elevated atrial natriuretic factor expression. Overexpression of the activated MKK3bE in cardiomyocytes also led to an increase in apoptosis. The hypertrophic response was enhanced by co-infection of an adenoviral vector expressing wild type p38β, and was suppressed by the p38β dominant negative mutant. In contrast, the MKK3bE-induced cell death was increased by co-infection of an adenovirus expressing wild type p38α, and was suppressed by the dominant negative p38α mutant. This provides the first evidence in any cell system for divergent physiological functions for different members of the p38 MAP kinase family. The direct involvement of p38 pathways in cardiac hypertrophy and apoptosis suggests a significant role for p38 signaling in the pathophysiology of heart failure.

AU-rich elements (AREs) in the 3′ untranslated region (UTR) of unstable mRNAs dictate their degradation. An RNAi-based screen performed in Drosophila S2 cells has revealed that Dicer1, Argonaute1 (Ago1) and Ago2, components involved in microRNA (miRNA) processing and function, are required for the rapid decay of mRNA containing AREs of tumor necrosis factor-α. The requirement for Dicer in the instability of ARE-containing mRNA (ARE-RNA) was confirmed in HeLa cells. We further observed that miR16, a human miRNA containing an UAAAUAUU sequence that is complementary to the ARE sequence, is required for ARE-RNA turnover. The role of miR16 in ARE-RNA decay is sequence-specific and requires the ARE binding protein tristetraprolin (TTP). TTP does not directly bind to miR16 but interacts through association with Ago/eiF2C family members to complex with miR16 and assists in the targeting of ARE. miRNA targeting of ARE, therefore, appears to be an essential step in ARE-mediated mRNA degradation.

Mitogen-activated protein (MAP) kinase cascades represent one of the major signal systems used by eukaryotic cells to transduce extracellular signals into cellular responses. Four MAP kinase subgroups have been identified in humans: ERK, JNK (SAPK), ERK5 (BMK), and p38. Here we characterize a new MAP kinase, p38β. p38β is a 372-amino acid protein most closely related to p38. It contains a TGY dual phosphorylation site, which is required for its kinase activity. Like p38, p38β is activated by proinflammatory cytokines and environmental stress. A comparison of events associated with the activation of p38β and p38 revealed differences, most notably in the preferred activation of p38β by MAP kinase kinase 6 (MKK6), whereas p38 was activated nearly equally by MKK3, MKK4, and MKK6. Moreover, in vitro and in vivo experiments showed a strong substrate preference by p38β for activating transcription factor 2 (ATF2). Enhancement of ATF2-dependent gene expression by p38β was ∼20-fold greater than that of p38 and other MAP kinases tested. The data reported here suggest that while closely related, p38β and p38 may be regulated by differing mechanisms and may exert their actions on separate downstream targets. Mitogen-activated protein (MAP) kinase cascades represent one of the major signal systems used by eukaryotic cells to transduce extracellular signals into cellular responses. Four MAP kinase subgroups have been identified in humans: ERK, JNK (SAPK), ERK5 (BMK), and p38. Here we characterize a new MAP kinase, p38β. p38β is a 372-amino acid protein most closely related to p38. It contains a TGY dual phosphorylation site, which is required for its kinase activity. Like p38, p38β is activated by proinflammatory cytokines and environmental stress. A comparison of events associated with the activation of p38β and p38 revealed differences, most notably in the preferred activation of p38β by MAP kinase kinase 6 (MKK6), whereas p38 was activated nearly equally by MKK3, MKK4, and MKK6. Moreover, in vitro and in vivo experiments showed a strong substrate preference by p38β for activating transcription factor 2 (ATF2). Enhancement of ATF2-dependent gene expression by p38β was ∼20-fold greater than that of p38 and other MAP kinases tested. The data reported here suggest that while closely related, p38β and p38 may be regulated by differing mechanisms and may exert their actions on separate downstream targets.