Abstract Caspase-1 activated in inflammasomes triggers a programmed necrosis called pyroptosis, which is mediated by gasdermin D (GSDMD). However, GSDMD-deficient cells are still susceptible to caspase-1-mediated cell death. Therefore, here, we investigate the mechanism of caspase-1-initiated cell death in GSDMD-deficient cells. Inflammasome stimuli induce apoptosis accompanied by caspase-3 activation in GSDMD-deficient macrophages, which largely relies on caspase-1. Chemical dimerization of caspase-1 induces pyroptosis in GSDMD-sufficient cells, but apoptosis in GSDMD-deficient cells. Caspase-1-induced apoptosis involves the Bid-caspase-9-caspase-3 axis, which can be followed by GSDME-dependent secondary necrosis/pyroptosis. However, Bid ablation does not completely abolish the cell death, suggesting the existence of an additional mechanism. Furthermore, cortical neurons and mast cells exhibit little or low GSDMD expression and undergo apoptosis after oxygen glucose deprivation and nigericin stimulation, respectively, in a caspase-1- and Bid-dependent manner. This study clarifies the molecular mechanism and biological roles of caspase-1-induced apoptosis in GSDMD-low/null cell types.

SUMMARY The transcription factor Foxp3 specifically expressed in regulatory T (Treg) cells controls Treg function by repressing some genes and activating others. We have shown here that the transcription factor Ikzf1 associates with Foxp3 via its exon 5 (called IkE5) and that conditional deletion of IkE5 up-regulated the genes, including Ifng , normally repressed by Foxp3 upon TCR stimulation. IkE5 -deletion in Treg cells indeed incurred IFN-γ overproduction, which destabilized Foxp3 expression and impaired suppressive function, consequently producing fatal systemic autoimmune diseases and evoking strong anti-tumor immunity. In addition, pomalidomide, which degrades IKZF1 and IKZF3, induced IFN-γ overproduction in human Treg cells. Mechanistically, the Foxp3/Ikzf1/Ikzf3 complex exerted gene-repressing function by competing with epigenetic co-activators, such as p300 and NFAT1, for binding to the target gene loci via chromatin remodeling. Collectively, the association of Ikzf1 with Foxp3 is essential for repressive function of Foxp3, and can be targeted to control autoimmunity and tumor immunity.

Highlights•Ikzf1 binds Foxp3 via its exon 5, promoting gene repression with chromatin remodeling•Treg-specific deletion of IkE5 induces severe autoimmunity and anti-tumor immunity•IkE5−/− Treg cells show impaired functional stability due to IFN-γ overexpression•Ikzf1 and Ikzf3 are required for Treg cell homeostasis in mice and humansSummaryThe master transcription factor of regulatory T (Treg) cells, forkhead box protein P3 (Foxp3), controls Treg cell function by targeting certain genes for activation or repression, but the specific mechanisms by which it mediates this activation or repression under different conditions remain unclear. We found that Ikzf1 associates with Foxp3 via its exon 5 (IkE5) and that IkE5-deficient Treg cells highly expressed genes that would otherwise be repressed by Foxp3 upon T cell receptor stimulation, including Ifng. Treg-specific IkE5-deletion caused interferon-γ (IFN-γ) overproduction, which destabilized Foxp3 expression and impaired Treg suppressive function, leading to systemic autoimmune disease and strong anti-tumor immunity. Pomalidomide, which degrades IKZF1 and IKZF3, induced IFN-γ overproduction in human Treg cells. Mechanistically, the Foxp3-Ikzf1-Ikzf3 complex competed with epigenetic co-activators, such as p300, for binding to target gene loci via chromatin remodeling. Therefore, the Ikzf1 association with Foxp3 is essential for the gene-repressive function of Foxp3 and could be exploited to treat autoimmune disease and cancer.Graphical abstract