Cell volume regulation is a primitive response to alterations in environmental osmolarity. The NLRP3 inflammasome is a multiprotein complex that senses pathogen- and danger-associated signals. Here, we report that, from fish to mammals, the basic mechanisms of cell swelling and regulatory volume decrease (RVD) are sensed via the NLRP3 inflammasome. We found that a decrease in extracellular osmolarity induced a K+-dependent conformational change of the preassembled NLRP3-inactive inflammasome during cell swelling, followed by activation of the NLRP3 inflammasome and caspase-1, which was controlled by transient receptor potential channels during RVD. Both mechanisms were necessary for interleukin-1β processing. Increased extracellular osmolarity prevented caspase-1 activation by different known NLRP3 activators. Collectively, our data identify cell volume regulation as a basic conserved homeostatic mechanism associated with the formation of the NLRP3 inflammasome and reveal a mechanism for NLRP3 inflammasome activation.

Abstract Adenosine 5’ triphosphate (ATP) is an extracellular signaling molecule involved in numerous physiological and pathological processes. Yet, in situ characterization of the spatiotemporal dynamic of extracellular ATP is still challenging due to the lack of sensor with appropriate specificity, sensitivity and kinetics. Here we report the development of biosensors based on the fusion of cation permeable ATP receptors (P2X) to genetically encoded calcium sensors (GECI). By combining the features of P2X receptors with the high signal to noise ratio of GECIs, we generated ultrasensitive green and red fluorescent sniffers that detect nanomolar ATP concentrations in situ and also enable the tracking of P2X receptor activity. We provide the proof of concept that these sensors can dynamically track ATP release evoked by neuronal depolarization or by extracellular hypotonicity. Targeting these P2X-based biosensors to diverse cell types should advance our knowledge of extracellular ATP dynamics in vivo .

SUMMARY The Leigh syndrome is a severe inborn neurodegenerative encephalopathy commonly associated with pyruvate metabolism defects. The transcription factor E4F1, a key regulator of the pyruvate dehydrogenase (PDH) complex (PDC), was previously found to be mutated in Leigh syndrome patients, but the molecular mechanisms leading to cell death in E4F1-deficient neurons remain unknown. Here, we show that E4F1 directly regulates Dlat and Elp3 , two genes encoding key subunits of the PDC and of the Elongator complex, to coordinate AcetylCoenzyme A production and its utilization to acetylate tRNAs. Genetic inactivation of E4f1 in neurons during mouse embryonic development impaired tRNAs editing and induced an ATF4-mediated integrated stress response (ISR), leading to neuronal cell death and microcephaly. Furthermore, our analysis of PDH-deficient cells unraveled a crosstalk linking the PDC to ELP3 expression that is perturbed in Leigh syndrome patients. Altogether, our data support a model where pyruvate metabolism regulates the epitranscriptome to ensure protein translation fidelity.

Signaling through the inflammasome is important for the inflammatory response. Low concentrations of intracellular K+ are associated with the specific oligomerization and activation of the NLRP3 inflammasome, a type of inflammasome involved in sterile inflammation. Subsequent to NLRP3 oligomerization, ASC protein binds and form oligomeric filaments culminating in large protein complexes named ASC specks. ASC specks are also initiated from different inflammasome scaffolds, as AIM2, NLRC4 or Pyrin. ASC oligomers induce the recruitment of caspase-1 through interactions between their respective caspase activation and recruitment domains (CARD), and favoring its activation. So far ASC oligomerization and caspase-1 activation are considered as a K+-independent process. Here we found that ASC oligomers change their structure upon low intracellular K+ independently of NLRP3 and allow the ASCCARD domain to be more accessible for the recruitment of pro-caspase-1CARD domain. Therefore, conditions that decrease intracellular K+ not only drive NLRP3 responses, but also enhance the recruitment of pro-caspase-1 by ASC specks formed by different inflammasomes, indicating that intracellular K+ homeostasis is a key regulatory step for inflammasome regulation.

Abstract Pyruvate metabolism defects lead to severe neuropathies such as the Leigh syndrome (LS) but the molecular mechanisms underlying neuronal cell death remain poorly understood. Here, we unravel a connection between pyruvate metabolism and the regulation of the epitranscriptome that plays an essential role during brain development. Using genetically engineered mouse model and primary neuronal cells, we identify the transcription factor E4F1 as a key coordinator of AcetylCoenzyme A (AcCoA) production by the pyruvate dehydrogenase complex (PDC) and its utilization as an essential co-factor by the Elongator complex to acetylate tRNAs at the wobble position uridine 34 (U 34 ). E4F1-mediated direct transcriptional regulation of Dlat and Elp3 , two genes encoding key subunits of the PDC and of the Elongator complex, respectively, ensures proper translation fidelity and cell survival in the central nervous system (CNS) during mouse embryonic development. Furthermore, analysis of PDH-deficient cells highlight a crosstalk linking the PDC to ELP3 expression that is perturbed in LS patients.