Human hepatitis B virus (HBV) infection and HBV-related diseases remain a major public health problem. Individuals coinfected with its satellite hepatitis D virus (HDV) have more severe disease. Cellular entry of both viruses is mediated by HBV envelope proteins. The pre-S1 domain of the large envelope protein is a key determinant for receptor(s) binding. However, the identity of the receptor(s) is unknown. Here, by using near zero distance photo-cross-linking and tandem affinity purification, we revealed that the receptor-binding region of pre-S1 specifically interacts with sodium taurocholate cotransporting polypeptide (NTCP), a multiple transmembrane transporter predominantly expressed in the liver. Silencing NTCP inhibited HBV and HDV infection, while exogenous NTCP expression rendered nonsusceptible hepatocarcinoma cells susceptible to these viral infections. Moreover, replacing amino acids 157–165 of nonfunctional monkey NTCP with the human counterpart conferred its ability in supporting both viral infections. Our results demonstrate that NTCP is a functional receptor for HBV and HDV.

The Pyrin inflammasome detects the presence of a pathogen not through recognition of a microbial molecule but by the activity of a bacterial toxin that modifies host Rho activity. The inflammasome complex, mediated by NOD-like receptor (NLR) proteins or other Pyrin-domain pattern recognition receptors (PRRs), plays a critical role in innate immune defence against various microbial infections. Feng Shao and colleagues show that the Pyrin inflammasome detects the presence of the pathogen Burkholderia cenocepacia not by recognizing a microbial molecule, the mechanism commonly adopted by mammalian PRRs, but by sensing the response of host Rho GTPase to a bacterial toxin. Infection with B. cenocepacia is of clinical importance as it can often be fatal in cystic fibrosis and chronic granulomatous disease, therefore the findings reported here could be of relevance to vaccine development and immunotherapy prevention against this type of pathogen. Cytosolic inflammasome complexes mediated by a pattern recognition receptor (PRR) defend against pathogen infection by activating caspase 1. Pyrin, a candidate PRR, can bind to the inflammasome adaptor ASC to form a caspase 1-activating complex1,2. Mutations in the Pyrin-encoding gene, MEFV, cause a human autoinflammatory disease known as familial Mediterranean fever3,4,5. Despite important roles in immunity and disease, the physiological function of Pyrin remains unknown. Here we show that Pyrin mediates caspase 1 inflammasome activation in response to Rho-glucosylation activity of cytotoxin TcdB6,7,8, a major virulence factor of Clostridium difficile, which causes most cases of nosocomial diarrhoea. The glucosyltransferase-inactive TcdB mutant loses the inflammasome-stimulating activity. Other Rho-inactivating toxins, including FIC-domain adenylyltransferases (Vibrio parahaemolyticus VopS and Histophilus somni IbpA) and Clostridium botulinum ADP-ribosylating C3 toxin, can also biochemically activate the Pyrin inflammasome in their enzymatic activity-dependent manner. These toxins all target the Rho subfamily and modify a switch-I residue. We further demonstrate that Burkholderia cenocepacia inactivates RHOA by deamidating Asn 41, also in the switch-I region, and thereby triggers Pyrin inflammasome activation, both of which require the bacterial type VI secretion system (T6SS). Loss of the Pyrin inflammasome causes elevated intra-macrophage growth of B. cenocepacia and diminished lung inflammation in mice. Thus, Pyrin functions to sense pathogen modification and inactivation of Rho GTPases, representing a new paradigm in mammalian innate immunity.

Bioorthogonal chemistry capable of operating in live animals is needed to investigate biological processes such as cell death and immunity. Recent studies have identified a gasdermin family of pore-forming proteins that executes inflammasome-dependent and -independent pyroptosis1-5. Pyroptosis is proinflammatory, but its effect on antitumour immunity is unknown. Here we establish a bioorthogonal chemical system, in which a cancer-imaging probe phenylalanine trifluoroborate (Phe-BF3) that can enter cells desilylates and 'cleaves' a designed linker that contains a silyl ether. This system enabled the controlled release of a drug from an antibody-drug conjugate in mice. When combined with nanoparticle-mediated delivery, desilylation catalysed by Phe-BF3 could release a client protein-including an active gasdermin-from a nanoparticle conjugate, selectively into tumour cells in mice. We applied this bioorthogonal system to gasdermin, which revealed that pyroptosis of less than 15% of tumour cells was sufficient to clear the entire 4T1 mammary tumour graft. The tumour regression was absent in immune-deficient mice or upon T cell depletion, and was correlated with augmented antitumour immune responses. The injection of a reduced, ineffective dose of nanoparticle-conjugated gasdermin along with Phe-BF3 sensitized 4T1 tumours to anti-PD1 therapy. Our bioorthogonal system based on Phe-BF3 desilylation is therefore a powerful tool for chemical biology; our application of this system suggests that pyroptosis-induced inflammation triggers robust antitumour immunity and can synergize with checkpoint blockade.

Poly(ADP-ribose) polymerases (PARP1, -2, and -3) play important roles in DNA damage repair. As such, a number of PARP inhibitors are undergoing clinical development as anticancer therapies, particularly in tumors with DNA repair deficits and in combination with DNA-damaging agents. Preclinical evidence indicates that PARP inhibitors potentiate the cytotoxicity of DNA alkylating agents. It has been proposed that a major mechanism underlying this activity is the allosteric trapping of PARP1 at DNA single-strand breaks during base excision repair; however, direct evidence of allostery has not been reported. Here the data reveal that veliparib, olaparib, niraparib, and talazoparib (BMN-673) potentiate the cytotoxicity of alkylating agents. Consistent with this, all four drugs possess PARP1 trapping activity. Using biochemical and cellular approaches, we directly probe the trapping mechanism for an allosteric component. These studies indicate that trapping is due to catalytic inhibition and not allostery. The potency of PARP inhibitors with respect to trapping and catalytic inhibition is linearly correlated in biochemical systems but is nonlinear in cells. High-content imaging of γH2Ax levels suggests that this is attributable to differential potentiation of DNA damage in cells. Trapping potency is inversely correlated with tolerability when PARP inhibitors are combined with temozolomide in mouse xenograft studies. As a result, PARP inhibitors with dramatically different trapping potencies elicit comparable in vivo efficacy at maximum tolerated doses. Finally, the impact of trapping on tolerability and efficacy is likely to be context specific.Understanding the context-specific relationships of trapping and catalytic inhibition with both tolerability and efficacy will aid in determining the suitability of a PARP inhibitor for inclusion in a particular clinical regimen.

Pyrin, encoded by the MEFV gene, is best known for its gain-of-function mutations causing familial Mediterranean fever (FMF), an autoinflammatory disease. Pyrin forms a caspase-1-activating inflammasome in response to inactivating modifications of Rho GTPases by various bacterial toxins or effectors. Pyrin-mediated innate immunity is unique in that it senses bacterial virulence rather than microbial molecules, but its mechanism of activation is unknown. Here we show that Pyrin was phosphorylated in bone marrow-derived macrophages and dendritic cells. We identified Ser-205 and Ser-241 in mouse Pyrin whose phosphorylation resulted in inhibitory binding by cellular 14-3-3 proteins. The two serines underwent dephosphorylation upon toxin stimulation or bacterial infection, triggering 14-3-3 dissociation, which correlated with Pyrin inflammasome activation. We developed antibodies specific for phosphorylated Ser-205 and Ser-241, which confirmed the stimuli-induced dephosphorylation of endogenous Pyrin. Mutational analyses indicated that both phosphorylation and signal-induced dephosphorylation of Ser-205/241 are important for Pyrin activation. Moreover, microtubule drugs, including colchicine, commonly used to treat FMF, effectively blocked activation of the Pyrin inflammasome. These drugs did not affect Pyrin dephosphorylation and 14-3-3 dissociation but inhibited Pyrin-mediated apoptosis-associated Speck-like protein containing CARD (ASC) aggregation. Our study reveals that site-specific (de)phosphorylation and microtubule dynamics critically control Pyrin inflammasome activation, illustrating a fine and complex mechanism in cytosolic immunity.