ABSTRACT Inflammasome activation is a robust innate immune mechanism that promotes inflammatory responses through the release of alarmins and leaderless cytokines, including IL-1α, IL-1β, and IL-18. Various stimuli, including infectious agents and cellular stress, cause inflammasomes to assemble and activate caspase-1. Then, caspase-1 cleaves targets that lead to pore formation and leaderless cytokine activation and release. Toxoplasma gondii has been shown to promote inflammasome formation, but the cell types utilizing caspase-1 and the downstream effects on immunological outcomes during acute in vivo infection have not been explored. Here, using knockout mice, we examine the role of caspase-1 responses during acute T. gondii infection globally and in Cx3cr1 -positive populations. We provide in vivo evidence that caspase-1 expression is critical for, IL-18 release, optimal interferon-γ (IFN-ψ) production, monocyte and neutrophil recruitment to the site of infection, and parasite control. Specifically, we find that caspase-1 expression in Cx3cr1 -positive cells drives IL-18 release, which potentiates CD4 + T cell IFN-γ production and parasite control. Notably, our Cx3cr1 - Casp1 knockouts exhibited a selective T cell defect, mirroring the phenotype observed in Il18 knockouts. In further support of this finding, treatment of Cx3cr1 - Casp1 knockout mice with recombinant IL-18 restored CD4 + T cell IFN-γ responses and parasite control. Additionally, we show that neutrophil recruitment is dependent on IL-1 receptor accessory protein (IL-1RAP) signaling but is dispensable for parasite control. Overall, these experiments highlight the multifaceted role of caspase-1 in multiple cell populations contributing to specific pathways that collectively contribute to caspase-1 dependent immunity to T. gondii . AUTHOR SUMMARY When a cell undergoes inflammatory cell death, termed pyroptosis, cellular content is released and has the potential to stimulate immune responses. Our work highlights that in the context of T. gondii infection, distinct cell populations undergo pyroptosis each of which has different impacts on how the immune system responds. These findings suggest a collaborative effort of multiple cell types undergoing pyroptosis for optimal immunity to infection. Using a cell-type specific knockout to render macrophages incapable of undergoing pyroptosis, we find that macrophage pyroptosis reinforces adaptive immune cell function, while other population’s pyroptosis stimulates the recruitment of innate immune cells into the infected tissue. We go on to identify a specific molecule, IL-18, is released from macrophage pyroptosis that reinforces adaptive immune cell function. By reintroducing IL-18 into the macrophage knockout mice, we successfully restored adaptive immune cell function thereby facilitating the recovery of parasite control. This study outlines the impact of pyroptosis on immunity to T. gondii and stratifies the effects from separate cell populations and their associated downstream pathways.

ABSTRACT The discovery of meningeal lymphatic vessels that drain the central nervous system (CNS) has prompted new insights into how neuroinflammation develops. In this study, we examined how T cell responses against CNS-derived antigen develop in the context of infection. We found that meningeal lymphatic drainage promotes CD4 + and CD8 + T cell responses against the neurotropic parasite Toxoplasma gondii , and we discovered changes in the antigen-presenting cell compartment of the dural meninges that potentially support this process. Indeed, compared to uninfected controls, mice chronically infected with T. gondii displayed a ten-fold increase in the total number of dendritic cells in the dural meninges. These cells upregulated MHC class II, CD80, and CD86 expression, sampled cerebrospinal fluid-derived protein, and were detected within meningeal lymphatic vessels in greater numbers during infection. Disrupting meningeal lymphatic drainage via ligation surgery resulted in reduced dendritic cell number and maturation in the deep cervical lymph nodes and impaired CD4 + and CD8 + T cell activation, proliferation, and IFN-γ production at this site. Surprisingly, parasite-specific T cell responses in the brain remained intact following ligation, which may be due to activation of T cells at alternative sites during chronic infection, including lymph nodes that drain non-CNS tissue. Collectively, our work reveals that CNS lymphatic drainage supports the development of peripheral T cell responses against T. gondii but is nonetheless dispensable for host protection of the brain.

Abstract Toxoplasma gondii is a ubiquitous intracellular protozoan parasite that establishes a life-long chronic infection largely restricted to the central nervous system (CNS). Constant immune pressure, notably IFN-γ-STAT1 signaling, is required for preventing fatal pathology during T. gondii infection. Here, we report that abrogation of STAT1 signaling in microglia, the resident immune cells of the CNS, is sufficient to induce a loss of parasite control in the CNS and susceptibility to toxoplasmic encephalitis during the early stages of chronic infection. Using a microglia-specific genetic labeling and targeting system that discriminates microglia from blood-derived myeloid cells that infiltrate the brain during infection, we find that, contrary to previous in vitro reports, microglia do not express inducible nitric-oxide synthase (iNOS) during T. gondii infection in vivo . Instead, transcriptomic analyses of microglia reveal that STAT1 regulates both (i) a transcriptional shift from homeostatic to “disease-associated microglia” (DAM) phenotype conserved across several neuroinflammatory models, including T. gondii infection, and (ii) the expression of anti-parasitic cytosolic molecules that are required for eliminating T. gondii in a cell-intrinsic manner. Further, genetic deletion of Stat1 from microglia during T. gondii challenge leads to fatal pathology despite largely equivalent or enhanced immune effector functions displayed by brain-infiltrating immune populations. Finally, we show that microglial STAT1-deficiency results in the overrepresentation of the highly replicative, lytic tachyzoite form of T. gondii , relative to its quiescent, semi-dormant bradyzoite form typical of chronic CNS infection. Our data suggest an overall protective role of CNS-resident microglia against T. gondii infection, illuminating (i) general mechanisms of CNS-specific immunity to infection (ii) and a clear role for IFN-STAT1 signaling in regulating a microglial activation phenotype observed across diverse neuroinflammatory disease states.