NF-κB, which consists of two polypeptides, p50 (Mr 50K) and p65/RelA (Mr 65K), is thought to be a key regulator of genes involved in responses to infection, inflammation and stress1. Indeed, although developmentally normal, mice deficient in p50 display functional defects in immune responses2. Here we describe the generation of mice deficient in the RelA subunit of NF-κB. Disruption of the relA locus leads to embryonic lethality at 15–16 days of gestation, concomitant with a massive degeneration of the liver by programmed cell death or apoptosis. Embryonic fibroblasts from RelA-deficient mice are defective in the tumour necrosis factor (TNF)-mediated induction of messenger RNAs for IκBα and granulocyte/macrophage colony stimulating factor (GM-CSF), although basal levels of these transcripts are unaltered. These results indicate that RelA controls inducible, but not basal, transcription in NF-κB-regulated pathways.

The Toll-mediated signaling cascade using the NF-kappaB pathway has been shown to be essential for immune responses in adult Drosophila, and we recently reported that a human homolog of the Drosophila Toll protein induces various immune response genes via this pathway. We now demonstrate that signaling by the human Toll receptor employs an adaptor protein, MyD88, and induces activation of NF-kappaB via the Pelle-like kinase IRAK and the TRAF6 protein, similar to IL-1R-mediated NF-kappaB activation. However, we find that Toll and IL-1R signaling pathways are not identical with respect to AP-1 activation. Finally, our findings implicate MyD88 as a general adaptor/regulator molecule for the Toll/IL-1R family of receptors for innate immunity.

The stimulation of a subset of surface Toll-like receptors (TLRs), transmembrane proteins of the innate immune system that recognize microbe-derived molecules, is shown to induce production of reactive oxygen for bacterial killing by the mitochondrial pathway. When the 'bacterial' TLRs (TLR1, 2 and 4) bind to a ligand they promote the recruitment of mitochondria to macrophage phagosomes and induce upregulation of mitochondrial reactive oxygen species (mROS). This work implicates mROS as important components of antibacterial responses and further establishes mitochondria as hubs for innate immune signalling. Reactive oxygen species (ROS) are essential components of the innate immune response against intracellular bacteria and it is thought that professional phagocytes generate ROS primarily via the phagosomal NADPH oxidase machinery1. However, recent studies have suggested that mitochondrial ROS (mROS) also contribute to mouse macrophage bactericidal activity, although the mechanisms linking innate immune signalling to mitochondria for mROS generation remain unclear2,3,4. Here we demonstrate that engagement of a subset of Toll-like receptors (TLR1, TLR2 and TLR4) results in the recruitment of mitochondria to macrophage phagosomes and augments mROS production. This response involves translocation of a TLR signalling adaptor, tumour necrosis factor receptor-associated factor 6 (TRAF6), to mitochondria, where it engages the protein ECSIT (evolutionarily conserved signalling intermediate in Toll pathways), which is implicated in mitochondrial respiratory chain assembly5. Interaction with TRAF6 leads to ECSIT ubiquitination and enrichment at the mitochondrial periphery, resulting in increased mitochondrial and cellular ROS generation. ECSIT- and TRAF6-depleted macrophages have decreased levels of TLR-induced ROS and are significantly impaired in their ability to kill intracellular bacteria. Additionally, reducing macrophage mROS levels by expressing catalase in mitochondria results in defective bacterial killing, confirming the role of mROS in bactericidal activity. These results reveal a novel pathway linking innate immune signalling to mitochondria, implicate mROS as an important component of antibacterial responses and further establish mitochondria as hubs for innate immune signalling.

The transcriptional activity of NF-κB is stimulated upon phosphorylation of its p65 subunit on serine 276 by protein kinase A (PKA). The transcriptional coactivator CBP/p300 associates with NF-κB p65 through two sites, an N-terminal domain that interacts with the C-terminal region of unphosphorylated p65, and a second domain that only interacts with p65 phosphorylated on serine 276. Accessibility to both sites is blocked in unphosphorylated p65 through an intramolecular masking of the N terminus by the C-terminal region of p65. Phosphorylation by PKA both weakens the interaction between the N- and C-terminal regions of p65 and creates an additional site for interaction with CBP/p300. Therefore, PKA regulates the transcriptional activity of NF-κB by modulating its interaction with CBP/p300.

Toll-like receptors (TLRs) recognize molecular patterns displayed by microorganisms, and their subsequent activation leads to the transcription of appropriate host-defense genes. Here we report the cloning and characterization of a member of the mammalian TLR family, TLR11, that displays a distinct pattern of expression in macrophages and liver, kidney, and bladder epithelial cells. Cells expressing TLR11 fail to respond to known TLR ligands but instead respond specifically to uropathogenic bacteria. Mice lacking TLR11 are highly susceptible to infection of the kidneys by uropathogenic bacteria, indicating a potentially important role for TLR11 in preventing infection of internal organs of the urogenital system.

Mammalian Toll-like receptors (TLRs) play an important role in the innate recognition of pathogens by dendritic cells (DCs). Although TLRs are clearly involved in the detection of bacteria and viruses, relatively little is known about their function in the innate response to eukaryotic microorganisms. Here we identify a profilin-like molecule from the protozoan parasite Toxoplasma gondii that generates a potent interleukin-12 (IL-12) response in murine DCs that is dependent on myeloid differentiation factor 88. T. gondii profilin activates DCs through TLR11 and is the first chemically defined ligand for this TLR. Moreover, TLR11 is required in vivo for parasite-induced IL-12 production and optimal resistance to infection, thereby establishing a role for the receptor in host recognition of protozoan pathogens.

The DNA binding subunit of the transcription factor NF-κB, p50, has been cloned. p50 appears to be synthesized as a larger protein that is then processed to its functional size. Sequence analysis reveals remarkable homology for over 300 amino acids at the amino-terminal end to the oncogene v-rel, its cellular homolog c-rel, and the Drosophila maternal effect gene dorsal. This establishes NF-κB as a member of the rel family of proteins, all of which display nuclear-cytosolic translocation. Protein sequence from the p65 polypeptide has established that it is not encoded in the same mRNA as p50. However, p65 appears homologous to c-rel, suggesting that c-rel may form heterodimers with p50 and rel may include a homodimerization motif.

Stimulation of cells with inducers of NF-kappaB such as LPS and IL-1 leads to the degradation of IkappaB-alpha and IkappaB-beta proteins and translocation of NF-kappaB to the nucleus. We now demonstrate that, besides the physical partitioning of inactive NF-kappaB to the cytosol, the transcriptional activity of NF-kappaB is regulated through phosphorylation of NF-kappaB p65 by protein kinase A (PKA). The catalytic subunit of PKA (PKAc) is maintained in an inactive state through association with IkappaB-alpha or IkappaB-beta in an NF-kappaB-IkappaB-PKAc complex. Signals that cause the degradation of IkappaB result in activation of PKAc in a cAMP-independent manner and the subsequent phosphorylation of p65. Therefore, this pathway represents a novel mechanism for the cAMP-independent activation of PKA and the regulation of NF-kappaB activity.

We have cloned the cDNA encoding I kappa B-beta, one of the two major I kappa B isoforms in mammalian cells. The recombinant I kappa B- beta protein interacts with equal affinity to p65 and c-Rel and does not exhibit a preference between these Rel proteins. Instead the primary difference between I kapp B-alpha and I kappa B-beta is in their response to different inducers of NF-kappa B activity. One class of inducers causes rapid but transient activation of NF-kappa B by primarily affecting I kappa B-alpha complexes, whereas another class of inducers causes persistent activation of NF-kapa B by affecting both I kappa B-alpha and I kappa B-beta complexes. Therefore, the overall activation of NF-kappa B consists of two overlapping phases, a transient phase mediated through I kappa B-alpha and a persistent phase mediated through I kappa B-beta.