Systemic autoimmune diseases are a genetically complex, heterogeneous group of disorders in which the immune system targets a diverse but highly specific group of intracellular autoantigens. The molecules targeted are not unified by common structure, function, or distribution in control cells but become clustered and concentrated in surface blebs when cells undergo apoptosis. We show here that the majority of autoantigens targeted across the spectrum of human systemic autoimmune diseases are efficiently cleaved by granzyme B in vitro and during cytotoxic lymphocyte granule–induced death, generating unique fragments not observed during any other form of apoptosis. These molecules are not cleaved by caspase-8, although this protease has a very similar specificity to granzyme B. The granzyme B cleavage sites in autoantigens contain amino acids in the P2 and P3 positions that are preferred by granzyme B but are not tolerated by caspase-8. In contrast to autoantigens, nonautoantigens are either not cleaved by granzyme B or are cleaved to generate fragments identical to those formed in other forms of apoptosis. The striking ability of granzyme B to generate unique fragments is therefore an exclusive property of autoantigens and unifies the majority of molecules targeted in this spectrum of diseases. These results focus attention on the role of the cytotoxic lymphocyte granule–induced death pathway in the initiation and propagation of systemic autoimmunity.

Abstract The mitochondrial enzyme dihydroorotate dehydrogenase (DHODH) catalyzes one of the rate-limiting steps in de novo pyrimidine biosynthesis, a pathway that provides essential metabolic precursors for nucleic acids, glycoproteins and phospholipids. DHODH inhibitors (DHODHi) are clinically used for autoimmune diseases and are emerging as a novel class of anti-cancer agents, especially in acute myeloid leukemia (AML) where pyrimidine starvation was recently shown to reverse the characteristic differentiation block in AML cells. Herein we show that DHODH blockade rapidly shuts down protein translation in leukemic stem cells (LSCs) by down-regulation of the multi-functional transcription factor YY1, has potent activity against AML in vivo and is well tolerated with minimal impact on normal blood development. Moreover, we find that ablation of CDK5, a gene that is recurrently deleted in AML and related disorders, increases the sensitivity of AML cells to DHODHi. Our studies provide important molecular insights and identify a potential biomarker for an emerging strategy to target AML.