Abstract Inflammation driven by the NLRP3 inflammasome is coordinated through multiple signaling pathways and with a poorly defined regulation by sub-cellular organelles. Here, we tested the hypothesis that NLRP3 senses disrupted endosome trafficking to trigger inflammasome formation and inflammatory cytokine secretion. NLRP3-activating stimuli disrupted endosome trafficking and triggered localization of NLRP3 to vesicles positive for endosome markers and the inositol lipid PtdIns4P. Chemical disruption of endosome trafficking sensitized macrophages to the NLRP3 activator imiquimod driving enhanced inflammasome activation and cytokine secretion. Together these data suggest that NLRP3 is capable of sensing disruptions in the trafficking of endosomal cargoes, and that this may explain in part the spatial activation of the NLRP3 inflammasome complex. These data highlight new mechanisms amenable for the therapeutic targeting of NLRP3. One-Sentence Summary NLRP3 senses disruptions in endosome trafficking to trigger the formation of an inflammasome complex and initiate an inflammatory response.

Abstract The mammalian circadian clock exerts substantial control of daily gene expression through cycles of DNA binding. Understanding of mechanisms driving the circadian clock is hampered by lack of quantitative data, without which predictive mathematical models cannot be developed. Here we develop a quantitative understanding of how a finite pool of BMAL1 protein can regulate thousands of target sites over daily time scales. We have used fluorescent correlation spectroscopy (FCS) to track dynamic changes in CRISPR-modified fluorophore-tagged proteins in time and space in single cells across SCN and peripheral tissues. We determine the contribution of multiple rhythmic processes in coordinating BMAL1 DNA binding, including the roles of cycling molecular abundance, binding affinities and two repressive modes of action. We find that nuclear BMAL1 protein numbers determine corresponding nuclear CLOCK concentrations through heterodimerization and define a DNA residence time of 2.6 seconds for this complex. Repression of CLOCK:BMAL1 is in part achieved through rhythmic changes to BMAL1:CRY1 affinity as well as a high affinity interaction between PER2:CRY1 which mediates CLOCK:BMAL1 displacement from DNA. Finally, stochastic modelling of these data reveals a dual role for PER:CRY complexes in which increasing concentrations of PER2:CRY1 promotes removal of BMAL1:CLOCK from genes consequently enhancing ability to move to new target sites.

Summary Quiescence is a dynamic process of reversible cell-cycle arrest. High-level sustained expression of the HES1 transcriptional repressor, which oscillates with an ultradian periodicity in proliferative neural stem cells (NSCs), is thought to mediate quiescence. However, it is not known whether this is due to a change in levels or in dynamics. Here, we induce quiescence in NSCs with BMP4, which does not increase HES1 level, and we find that HES1 continues to oscillate. To assess the role of HES1 dynamics, we express sustained HES1 under a moderate-strength promoter, which overrides the endogenous oscillations while maintaining the total HES1 level within physiological range. We find that sustained HES1 does not affect proliferation or entry into quiescence, however, exit from quiescence is impeded. Thus, oscillatory expression of HES1 is specifically required for NSCs to exit quiescence, a finding of potential importance for controlling reactivation of stem cells in tissue regeneration and cancer.

Abstract The NLRP3 inflammasome is a multi-molecular protein complex that converts inactive cytokine precursors into active forms of IL-1β and IL-18. The NLRP3 inflammasome is frequently associated with the damaging inflammation of non-communicable disease states and is considered a therapeutic target. However, there is much regarding the mechanism of NLRP3 activation that remains unknown. Chloride efflux is suggested as an important step in NLRP3 activation, but the identity of which chloride channels are involved is still unknown. We used chemical, biochemical, and genetic approaches to establish the importance of Cl - channels in the regulation of NLRP3 activation. Specifically we identify LRRC8A, an essential component of volume-regulated anion channels (VRAC), as a vital regulator of hypotonicity-induced, but not DAMP-induced, NLRP3 inflammasome activation. Although LRRC8A was dispensable for canonical DAMP-dependent NLRP3 activation, this was still sensitive to Cl - channel inhibitors, suggesting there are additional and specific Cl - sensing and regulating mechanisms controlling NLRP3.

Genome-wide association studies (GWAS) have uncovered many genetic risk loci for psoriasis, yet many remain uncharacterised in terms of the causal gene and their biological mechanism in disease. Here, we use a disease-focused Capture Hi-C experiment to link psoriasis-associated variants with their target genes in psoriasis-relevant cell lines (HaCaT keratinocytes and My-La CD8+ T cells). We confirm previously assigned genes, suggest novel candidates and provide evidence for complexity at psoriasis GWAS loci. In the 9q31 risk locus we combine further epigenomic evidence to demonstrate how the psoriasis association forms a functional interaction with the distant (>500 kb) KLF4 gene. We use CRISPR activation coupled with RNA-seq to demonstrate how activation of psoriasis-associated enhancers upregulates KLF4 in HaCaT cells. Our study design provides a robust pipeline for following up on GWAS disease-associated variants, paving the way for functional translation of genetic findings into clinical benefit.

This paper describes a deletion/reinsertion event encountered in a genome-editing project using CRISPR-Cas9. The objective was to delete a 150bp enhancer region in the mouse Csf1r locus using a pair of guides and a homology-dependent repair (HDR) template. The editing was successful in generating a founder pup with the anticipated precise deletion. However, the deleted fragment and a duplicated copy of part of the HDR template was reinserted around 50bp downstream. The reinsertion event was recognised because the PCR primer site used in genotyping was duplicated, so that there were three PCR products in a heterozygous animal and two in a homozygote. The event we describe is more subtle and more difficult to detect than large-scale rearrangements reported by others. We suggest that any genomic deletion mediated by CRISPR-Cas9 needs to be confirmed by assessing the copy number in the genome.

Abstract Interleukin (IL)-1α is a suggested dual-function cytokine that diverged from IL-1β in mammals potentially by acquiring additional biological roles that relate to highly conserved regions in the pro-domain of IL-1α, including a nuclear localisation sequence (NLS) and histone acetyl transferase (HAT)-binding domains. Why evolution modified pro-IL-1α’s subcellular location and protein interactome, and how this shaped IL-1α’s intracellular role, is unknown. TurboID proximity labelling with pro-IL-1α suggested a nuclear role for pro-IL-1α that involved interaction with HATs, including EP300. We also identified and validated inactivating mutations in the pro-IL-1α NLS of multiple mammalian species. However, HAT-binding domains were also conserved in species that had lost pro-IL-1α nuclear localisation. Together, these data suggest that HAT binding and nuclear localisation occurred together, and that while some species lost the NLS in their pro-IL-1α, HAT binding was maintained. The NLS was lost from several distinct species at different evolutionary times, suggesting convergent evolution, and that the loss of the NLS confers some important biological outcome.

Background: Psoriasis and its associated inflammatory arthritis Psoriatic Arthritis (PsA) are potentially life-ruining conditions associated with numerous comorbidities. A previously-identified genetic risk association for psoriasis and PsA lies in a non-coding region at chromosome 1p36.23, and as such functional validation is required to determine the genetic mechanism contributing to psoriatic disease risk. Results: rs11121131 — a variant in tight linkage with rs11121129, the lead GWAS variant for the 1p36.23 association — lies in a putative enhancer active in keratinocytes but not in immune cells. Promoter-capture Hi-C and H3K27Ac HiChIP showed keratinocyte-specific interactions between 1p36.23 and the TNFRSF9/PARK7/ERRFI1 gene locus ~200Kb upstream of the risk locus. Deletion of the enhancer in HaCat keratinocytes led to a reduction in transcript levels of the gene ERRFI1, a negative regulator of Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) signalling. CRISPR activation of the enhancer also affected ERRFI1 levels, but paradoxically showed that steady-state activation led to repression of ERRFI1, accompanied by significant deposition of H3K27Me3 histone marks at both the enhancer and the ERRFI1 gene locus. ERRFI1 levels were shown to be increased in inflamed skin from a mouse model of psoriasis, further suggesting its involvement in disease. Conclusions: These data indicate rs11121131 lies in an enhancer which modulates ERRFI1 expression in keratinocytes, providing a likely risk mechanism for the 1p36.23 risk association. ERRFI1 represents a novel gene in the pathogenesis of psoriasis and PsA — improving our understanding of these diseases — and the ERRFI1/EGFR signalling axis may therefore be a target for new treatment modalities for psoriatic disease.