The AIM2 inflammasome induces maturation of the proinflammatory cytokines IL-1β and IL-18. Using AIM2-deficient mice, Fitzgerald and colleagues and Alnemri and colleagues show that the AIM2 inflammasome is essential for host defense against cytosolic bacteria and DNA viruses. Inflammasomes regulate the activity of caspase-1 and the maturation of interleukin 1β (IL-1β) and IL-18. AIM2 has been shown to bind DNA and engage the caspase-1-activating adaptor protein ASC to form a caspase-1-activating inflammasome. Using Aim2-deficient mice, we identify a central role for AIM2 in regulating caspase-1-dependent maturation of IL-1β and IL-18, as well as pyroptosis, in response to synthetic double-stranded DNA. AIM2 was essential for inflammasome activation in response to Francisella tularensis, vaccinia virus and mouse cytomegalovirus and had a partial role in the sensing of Listeria monocytogenes. Moreover, production of IL-18 and natural killer cell–dependent production of interferon-γ, events critical in the early control of virus replication, were dependent on AIM2 during mouse cytomegalovirus infection in vivo. Collectively, our observations demonstrate the importance of AIM2 in the sensing of both bacterial and viral pathogens and in triggering innate immunity.

Recognition of DNA by the innate immune system is central to antiviral and antibacterial defenses, as well as an important contributor to autoimmune diseases involving self DNA. AIM2 (absent in melanoma 2) and IFI16 (interferon-inducible protein 16) have been identified as DNA receptors that induce inflammasome formation and interferon production, respectively. Here we present the crystal structures of their HIN domains in complex with double-stranded (ds) DNA. Non-sequence-specific DNA recognition is accomplished through electrostatic attraction between the positively charged HIN domain residues and the dsDNA sugar-phosphate backbone. An intramolecular complex of the AIM2 Pyrin and HIN domains in an autoinhibited state is liberated by DNA binding, which may facilitate the assembly of inflammasomes along the DNA staircase. These findings provide mechanistic insights into dsDNA as the activation trigger and oligomerization platform for the assembly of large innate signaling complexes such as the inflammasomes.

Activated macrophages undergo a metabolic switch to aerobic glycolysis, accumulating Krebs' cycle intermediates that alter transcription of immune response genes. We extended these observations by defining fumarate as an inhibitor of pyroptotic cell death. We found that dimethyl fumarate (DMF) delivered to cells or endogenous fumarate reacts with gasdermin D (GSDMD) at critical cysteine residues to form S-(2-succinyl)-cysteine. GSDMD succination prevents its interaction with caspases, limiting its processing, oligomerization, and capacity to induce cell death. In mice, the administration of DMF protects against lipopolysaccharide shock and alleviates familial Mediterranean fever and experimental autoimmune encephalitis by targeting GSDMD. Collectively, these findings identify GSDMD as a target of fumarate and reveal a mechanism of action for fumarate-based therapeutics that include DMF, for the treatment of multiple sclerosis.

Abstract Vascular disrupting agents such as 5,6-dimethylxanthenone-4-acetic acid (DMXAA) represent a novel approach for cancer treatment. DMXAA has potent antitumor activity in mice and, despite significant preclinical promise, failed human clinical trials. The antitumor activity of DMXAA has been linked to its ability to induce type I IFNs in macrophages, although the molecular mechanisms involved are poorly understood. In this study, we identify stimulator of IFN gene (STING) as a direct receptor for DMXAA leading to TANK-binding kinase 1 and IFN regulatory factor 3 signaling. Remarkably, the ability to sense DMXAA was restricted to murine STING. Human STING failed to bind to or signal in response to DMXAA. Human STING also failed to signal in response to cyclic dinucleotides, conserved bacterial second messengers known to bind and activate murine STING signaling. Collectively, these findings detail an unexpected species-specific role for STING as a receptor for an anticancer drug and uncover important insights that may explain the failure of DMXAA in clinical trials for human cancer.

While the recognition of microbial infection often occurs at the cell surface via Toll-like receptors, the cytosol of the cell is also under surveillance for microbial products that breach the cell membrane. An important outcome of cytosolic recognition is the induction of IFNα and IFNβ, which are critical mediators of immunity against both bacteria and viruses. Like many intracellular pathogens, a significant fraction of the transcriptional response to Mycobacterium tuberculosis infection depends on these type I interferons, but the recognition pathways responsible remain elusive. In this work, we demonstrate that intraphagosomal M. tuberculosis stimulates the cytosolic Nod2 pathway that responds to bacterial peptidoglycan, and this event requires membrane damage that is actively inflicted by the bacterium. Unexpectedly, this recognition triggers the expression of type I interferons in a Tbk1- and Irf5-dependent manner. This response is only partially impaired by the loss of Irf3 and therefore, differs fundamentally from those stimulated by bacterial DNA, which depend entirely on this transcription factor. This difference appears to result from the unusual peptidoglycan produced by mycobacteria, which we show is a uniquely potent agonist of the Nod2/Rip2/Irf5 pathway. Thus, the Nod2 system is specialized to recognize bacteria that actively perturb host membranes and is remarkably sensitive to mycobacteria, perhaps reflecting the strong evolutionary pressure exerted by these pathogens on the mammalian immune system.

An inducible program of inflammatory gene expression is a hallmark of antimicrobial defenses. Herein, we identified Cellular nucleic acid binding protein (Cnbp) as a specific regulator of interleukin-12β gene transcription and Th1 immunity. Cnbp resides in the cytosol of macrophages and translocates to the nucleus in response to a broad range of microbial ligands. Cnbp-deficient macrophages had a selective impairment in their ability to induce IL12β gene transcription. Cnbp interacted with c-Rel, an NFBκ/Rel family member that controls IL12β gene transcription. c-Rel nuclear translocation and DNA binding activity were dependent on Cnbp. Furthermore, Cnbp itself bound the IL12β promoter. Lastly, Cnbp-deficient mice were more susceptible to acute toxoplasmosis associated with reduced production of IL12β, as well as a reduced Th1 cell IFNγ response essential to control parasite replication. Collectively, these findings identify Cnbp as a key regulator of c-Rel dependent IL12β gene transcription and Th1 immunity.

Abstract Influenza A virus (IAV) is a respiratory pathogen with a segmented negative-sense RNA genome that can cause epidemics and pandemics. The host factors required for the complete IAV infectious cycle have not been fully identified. Here, we examined select host factors that were identified by independent CRISPR screens as candidate contributors to IAV infectivity. We performed CRISPR-mediated knockout of cytidine monophosphate N-acetylneuraminic acid synthetase (CMAS) as well as CRISPR-mediated overexpression of beta-1,4 N-acetylgalactosaminyltransferase 2 (B4GALNT2) and adenosine deaminase acting on RNA 1 (ADAR1) in the human bronchial epithelial A549 cell line and evaluated IAV infectivity. We confirmed that the knockout of CMAS or overexpression of B4GALNT2 restricts IAV infection by diminishing binding to the cell surface but has no effect on vesicular stomatitis virus infection. While ADAR1 overexpression does not significantly inhibit IAV replication, it has a pro-viral effect with coxsackie B virus (CVB) infection. This pro-viral effect is not likely secondary to reduced type I interferon (IFN) production, as the induction of the IFN-stimulated genes ISG15 and CXCL10 is negligible in both parent and ADAR1-overexpressing A549 cells following CVB challenge. In contrast, ISG15 and CXCL10 production is robust and equal for parent and ADAR1-overexpressing A549 cells challenged with IAV. Taken together, these data provide insight into how host factors identified in CRISPR screens can be further explored to understand the dynamics of pro- and anti-viral factors. Importance Influenza A virus (IAV) remains a global threat due to its ability to cause pandemics, making the identification of host factors essential for developing new antiviral strategies. In this study, we utilized CRISPR-based techniques to investigate host factors identified in screens as reducing IAV infectivity. Knockout of CMAS, a key enzyme in sialic acid biosynthesis, significantly reduced IAV binding and infection by disrupting sialic acid production on the cell surface. Overexpression of B4GALNT2 had similar effects, conferring resistance to IAV infection through diminished cell-surface binding. While overexpression of ADAR1, known for its role in RNA editing and immune regulation, slightly reduced IAV replication, it increased coxsackie B virus replication. Such findings reveal the diverse roles of host factors in viral infection, offering insights for targeted therapeutic development against IAV and other pathogens.