Nurr1, an orphan nuclear receptor, plays an essential role in the generation and maintenance of dopaminergic neurons in the brain. Rare mutations in Nurr1 are associated with familial Parkinson's disease, but the underlying basis for this relationship has not been established. Here, we demonstrate that Nurr1 unexpectedly functions to inhibit expression of pro-inflammatory neurotoxic mediators in both microglia and astrocytes. Reduced Nurr1 expression results in exaggerated inflammatory responses in microglia that are further amplified by astrocytes, leading to the production of factors that cause death of tyrosine hydroxylase-expressing neurons. Nurr1 exerts anti-inflammatory effects by docking to NF-κB-p65 on target inflammatory gene promoters in a signal-dependent manner. Subsequently, Nurr1 recruits the CoREST corepressor complex, resulting in clearance of NF-κB-p65 and transcriptional repression. These studies suggest that Nurr1 protects against loss of dopaminergic neurons in Parkinson's disease in part by limiting the production of neurotoxic mediators by microglia and astrocytes.

Jak3 is a tyrosine kinase mediating cytokine receptor signaling through the association with the common gamma chain of the cytokine receptors such as IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, and IL-15. Unlike other members of the Jak family, the expression of Jak3 is highly restricted in hematopoietic cells. To elucidate in vivo function of Jak3, Jak3-deficient mice were generated by homologous recombination. Mice homozygous for Jak3 null mutation showed severe defects, specifically in lymphoid cells. B cell precursors in bone marrow, thymocytes, and both T and B cells in the spleen drastically decreased, although these defects were significantly recovered as aging occurred. Peripheral lymph nodes, NK cells, dendritic epidermal T cells, and intestinal intraepithelial gamma delta T cells were absent. Normal number of hematopoietic stem cells in bone marrow from Jak3-deficient mice and the similar capability to generate myeloid and erythroid colonies as wild-type mice indicated specific defects in lymphoid stem cells. Furthermore, the abnormal architecture of lymphoid organs suggested the involvement of Jak3 in the function of epithelial cells. T cells developed in the mutant mice did not respond to either IL-2, IL-4, or IL-7. These findings establish the crucial role of Jak3 in the development of lymphoid cells.

Monocytes and macrophages express an extensive repertoire of G Protein-Coupled Receptors (GPCRs) that regulate inflammation and immunity. In this study we performed a systematic micro-array analysis of GPCR expression in primary mouse macrophages to identify family members that are either enriched in macrophages compared to a panel of other cell types, or are regulated by an inflammatory stimulus, the bacterial product lipopolysaccharide (LPS).Several members of the P2RY family had striking expression patterns in macrophages; P2ry6 mRNA was essentially expressed in a macrophage-specific fashion, whilst P2ry1 and P2ry5 mRNA levels were strongly down-regulated by LPS. Expression of several other GPCRs was either restricted to macrophages (e.g. Gpr84) or to both macrophages and neural tissues (e.g. P2ry12, Gpr85). The GPCR repertoire expressed by bone marrow-derived macrophages and thioglycollate-elicited peritoneal macrophages had some commonality, but there were also several GPCRs preferentially expressed by either cell population.The constitutive or regulated expression in macrophages of several GPCRs identified in this study has not previously been described. Future studies on such GPCRs and their agonists are likely to provide important insights into macrophage biology, as well as novel inflammatory pathways that could be future targets for drug discovery.

T helper cells secreting interleukin (IL)-17 (Th17 cells) play a crucial role in autoimmune diseases like multiple sclerosis (MS). Th17 differentiation, which is induced by a combination of transforming growth factor (TGF)-β/IL-6 or IL-21, requires expression of the transcription factor retinoic acid receptor–related orphan receptor γt (RORγt). We identify the nuclear receptor peroxisome proliferator–activated receptor γ (PPARγ) as a key negative regulator of human and mouse Th17 differentiation. PPARγ activation in CD4+ T cells selectively suppressed Th17 differentiation, but not differentiation into Th1, Th2, or regulatory T cells. Control of Th17 differentiation by PPARγ involved inhibition of TGF-β/IL-6–induced expression of RORγt in T cells. Pharmacologic activation of PPARγ prevented removal of the silencing mediator for retinoid and thyroid hormone receptors corepressor from the RORγt promoter in T cells, thus interfering with RORγt transcription. Both T cell–specific PPARγ knockout and endogenous ligand activation revealed the physiological role of PPARγ for continuous T cell–intrinsic control of Th17 differentiation and development of autoimmunity. Importantly, human CD4+ T cells from healthy controls and MS patients were strongly susceptible to PPARγ-mediated suppression of Th17 differentiation. In summary, we report a PPARγ-mediated T cell–intrinsic molecular mechanism that selectively controls Th17 differentiation in mice and in humans and that is amenable to pharmacologic modulation. We therefore propose that PPARγ represents a promising molecular target for specific immunointervention in Th17-mediated autoimmune diseases such as MS.

Abstract Mitochondria control eukaryotic cell fate by producing the energy needed to support life and the signals required to execute programmed cell death. The biochemical milieu is known to affect mitochondrial function and contribute to the dysfunctional mitochondrial phenotypes implicated in cancer and the morbidities of ageing. However, the physical characteristics of the extracellular matrix are also altered in cancer and in aging tissues. We demonstrate that cells sense the physical properties of the extracellular matrix and activate a mitochondrial stress response that adaptively tunes mitochondrial function via SLC9A1-dependent ion exchange and HSF1-dependent transcription. Overall, our data indicate that adhesion-mediated mechanosignaling may play an unappreciated role in the altered mitochondrial functions observed in aging and cancer. Graphical Abstract

Summary Maternal immune activation (MIA) increases likelihood of altered neurodevelopmental outcomes. Maternal cytokines are proposed to affect fetal brain development in mice; however, the contribution of fetal immunity to neurodevelopmental disorders is largely unexplored. Here, we show that MIA mediated by Toll-like receptor 3 (TLR3), but not other TLRs, induces a specific set of behavioral phenotypes including decreased sociability and increased restricted repetitive behavior in offspring. Accordingly, these behavioral phenotypes were absent when offspring were deficient for Trif , the downstream adapter molecule of TLR3. Using single-cell RNA sequencing, we identified clusters of border-associated macrophages that were significantly enriched in the fetal brain following TLR3-MIA, and these clusters were diminished in Trif −/− fetal brains.Moreover, we found that triggering TLR3-TRIF in offspring can occur through transplacental viral infection, resulting in altered behavioral phenotypes. Collectively, our data indicate that fetal innate immunity contributes to MIA-induced atypical behaviors in mice.

Abstract Macrophages generate mitochondrial reactive oxygen and electrophilic species (mtROS, mtRES) as antimicrobials during Toll-like receptor (TLR)-dependent inflammatory responses. Whether mitochondrial stress caused by these molecules impacts macrophage function is unknown. Here we demonstrate that both pharmacologically- and lipopolysaccharide (LPS)-driven mitochondrial stress in macrophages triggers a stress response called mitohormesis. LPS-driven mitohormetic stress adaptations occur as macrophages transition from an LPS-responsive to LPS-tolerant state where stimulus-induced proinflammatory gene transcription is impaired, suggesting tolerance is a product of mitohormesis. Indeed, like LPS, pharmacologically-triggered mitohormesis suppresses mitochondrial oxidative metabolism and acetyl-CoA production needed for histone acetylation and proinflammatory gene transcription, and is sufficient to enforce an LPS-tolerant state. Thus, mtROS and mtRES are TLR-dependent signaling molecules that trigger mitohormesis as a negative feedback mechanism to restrain inflammation via tolerance. Moreover, bypassing TLR signaling and pharmacologically triggering mitohormesis represents a novel anti-inflammatory strategy that co-opts this stress response to impair epigenetic support of proinflammatory gene transcription by mitochondria. Abstract Figure

Abstract Coenzyme Q (CoQ) is an essential component of mitochondrial respiration 1 and required for thermogenic activity in brown adipose tissues 2 (BAT). CoQ deficiency leads to a wide range of pathological manifestations 3 but mechanistic consequences of CoQ deficiency in specific tissues such as BAT remain poorly understood. Here we show that pharmacological or genetic CoQ deficiency (50-75% reduction) in BAT leads to accumulation of cytosolic mitochondrial RNAs (mtRNAs) and activation of the eIF2α kinase PKR resulting in the induction of the integrated stress response (ISR) and suppression of UCP1 expression in an ATF4-dependent fashion. Surprisingly, despite diminished UCP1 levels, BAT CoQ deficiency increases whole-body metabolic rates at room temperature and thermoneutrality resulting in decreased weight gain on high fat diets (HFD). This mitohormesis like effect of BAT CoQ insufficiency is dependent on the ATF4-FGF21 axis in BAT revealing an unexpected role for CoQ in the modulation of whole-body energy expenditure with wide-ranging implications for primary and secondary CoQ deficiencies.

Microglia are resident immune cells in the central nervous system that play essential roles to maintain homeostasis and neuronal function. Microglia are heterogeneous cells but the mechanisms by which they contribute to normal brain development remain unclear. Here, we show that microglia in the developing striatum and thalamus undergo pyroptosis, a type of lytic cell death that occurs as a result of Caspase-1 (CASP1) activation downstream of inflammasomes. We observe that pyroptosis occurs in a spatiotemporally regulated and Casp1-dependent manner during fetal brain development. Mice lacking Casp1 or the inflammasome regulating molecules, NLRP3, IL-1R, and Gasdermin D exhibit behavior changes characterized by hyperactivity, inattention, and impulsivity that are similar to attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). Furthermore, re-expression of Casp1 in Cx3cr1+ cells including microglia restores normal behavior and cell death. We demonstrate that injection of an NLRP3 inhibitor into pregnant wild-type mice is sufficient to induce ADHD-like behaviors in offspring. These data suggest that microglial inflammasome activation and pyroptosis are essential for normal brain development and that genetic and pharmacological disruptions in this pathway may represent new ADHD risk factors.