The NLRP3 (nucleotide-binding domain, leucine-rich-repeat-containing family, pyrin domain-containing 3) inflammasome mediates production of inflammatory mediators, such as IL-1β and IL-18, and as such is implicated in a variety of inflammatory processes, including infection, sepsis, autoinflammatory diseases, and metabolic diseases. The proximal steps in NLRP3 inflammasome activation are not well understood. Here we elucidate a critical role for Ca 2+ mobilization in activation of the NLRP3 inflammasome by multiple stimuli. We demonstrate that blocking Ca 2+ mobilization inhibits assembly and activation of the NLRP3 inflammasome complex, and that during ATP stimulation Ca 2+ signaling is pivotal in promoting mitochondrial damage. C/EPB homologous protein, a transcription factor that can modulate Ca 2+ release from the endoplasmic reticulum, amplifies NLRP3 inflammasome activation, thus linking endoplasmic reticulum stress to activation of the NLRP3 inflammasome. Our findings support a model for NLRP3 inflammasome activation by Ca 2+ -mediated mitochondrial damage.

Macrophages are able to polarize to proinflammatory M1 or alternative M2 states with distinct phenotypes and physiological functions. How metabolic status regulates macrophage polarization remains not well understood, and here we examine the role of mTOR (mechanistic target of rapamycin), a central metabolic pathway that couples nutrient sensing to regulation of metabolic processes. Using a mouse model in which myeloid lineage-specific deletion of Tsc1 (Tsc1Δ/Δ) leads to constitutive mTOR complex 1 (mTORC1) activation, we find that Tsc1Δ/Δ macrophages are refractory to IL-4-induced M2 polarization, but produce increased inflammatory responses to proinflammatory stimuli. Moreover, mTORC1-mediated downregulation of Akt signalling critically contributes to defective polarization. These findings highlight a key role for the mTOR pathway in regulating macrophage polarization, and suggest how nutrient sensing and metabolic status could be ‘hard-wired’ to control of macrophage function, with broad implications for regulation of type 2 immunity, inflammation and allergy. Distinct macrophage phenotypes are associated with their polarization to a proinflammatory or alternative state, but it is not well understood how metabolic status affects this process. Here, Byles et al.demonstrate that the mTOR metabolic pathway regulates macrophage differentiation.

Macrophage activation/polarization to distinct functional states is critically supported by metabolic shifts. How polarizing signals coordinate metabolic and functional reprogramming, and the potential implications for control of macrophage activation, remains poorly understood. Here we show that IL-4 signaling co-opts the Akt-mTORC1 pathway to regulate Acly, a key enzyme in Ac-CoA synthesis, leading to increased histone acetylation and M2 gene induction. Only a subset of M2 genes is controlled in this way, including those regulating cellular proliferation and chemokine production. Moreover, metabolic signals impinge on the Akt-mTORC1 axis for such control of M2 activation. We propose that Akt-mTORC1 signaling calibrates metabolic state to energetically demanding aspects of M2 activation, which may define a new role for metabolism in supporting macrophage activation.

Abstract Objective The mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1) is dynamically regulated by fasting and feeding cycles in the liver to promote protein and lipid synthesis while suppressing autophagy. However, beyond these functions, the metabolic response of the liver to feeding and insulin signaling orchestrated by mTORC1 remains poorly defined. Here, we determine whether ATF4, a stress responsive transcription factor recently found to be independently regulated by mTORC1 signaling in proliferating cells, is responsive to hepatic mTORC1 signaling to alter hepatocyte metabolism. Methods ATF4 protein levels and expression of canonical gene targets were analyzed in the liver following fasting and physiological feeding in the presence or absence of the mTORC1 inhibitor rapamycin. Primary hepatocytes from wild-type or liver-specific Atf4 knockout ( LAtf4 KO ) mice were used to characterize the effects of insulin-stimulated mTORC1-ATF4 function on hepatocyte gene expression and metabolism. Both unbiased steady-state metabolomics and stable-isotope tracing methods were employed to define mTORC1 and ATF4-dependent metabolic changes. RNA-sequencing was used to determine global changes in feeding-induced transcripts in the livers of wild-type versus LAtf4 KO mice. Results We demonstrate that ATF4 and its metabolic gene targets are stimulated by mTORC1 signaling in the liver in response to feeding and in a hepatocyte-intrinsic manner by insulin. While we demonstrate that de novo purine and pyrimidine synthesis is stimulated by insulin through mTORC1 signaling in primary hepatocytes, this regulation was independent of ATF4. Metabolomics and metabolite tracing studies revealed that insulin-mTORC1-ATF4 signaling stimulates pathways of non-essential amino acid synthesis in primary hepatocytes, including those of alanine, aspartate, methionine, and cysteine, but not serine. Conclusion The results demonstrate that ATF4 is a novel metabolic effector of mTORC1 in liver, extending the molecular consequences of feeding and insulin-induced mTORC1 signaling in this key metabolic tissue to the control of amino acid metabolism.