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.

Significance Sensors of the innate immune system trigger the induction of inflammatory responses upon infection and cellular stress. One such sensor is the inflammasome pathway, which is best described for its role in the production of the inflammatory cytokines IL-1β and IL-18. Other effector functions of the inflammasome pathway remain less well defined, and here we show that activation of this pathway leads to induction of mitochondrial damage and dismantling of the organelle. We link such mitochondrial damage to another inflammasome-regulated process called pyroptosis, which is a proinflammatory form of cell death. In summary, we characterize the role of mitochondrial damage during activation of the inflammasome pathway, of relevance to host defense and other physiological and pathophysiological settings.

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 Majority of disease-modifying therapeutic targets are restricted to the intracellular space and are therefore not druggable using existing biologic modalities. The ability to efficiently deliver macromolecules inside target cells or tissues would greatly expand the current landscape of therapeutic targets for future generations of biologic drugs, but remains challenging. Here we report the use of extracellular vesicles, known as arrestin domain containing protein 1 [ARRDC1]-mediated microvesicles (ARMMs), for packaging and intracellular delivery of a myriad of macromolecules, including the tumor suppressor p53 protein, RNAs, and the genome-editing CRISPR-Cas9/guide RNA complex. We demonstrate selective recruitment of these macromolecules into ARMMs. When delivered intracellularly via ARMMs, these macromolecules are biologically active in recipient cells. P53 delivered via ARMMs induces DNA damage-dependent apoptosis in multiple tissues in mice. Together, our results provide proof-of-principle demonstration that ARMMs represent a highly versatile platform for packaging and intracellular delivery of therapeutic macromolecules.

The nucleotide-binding domain and leucine-rich repeat-containing family, pyrin domain-containing 3 (NLRP3) inflammasome is a key regulator of innate immune responses, and its aberrant activation is implicated in the pathogenesis of many diseases such as Alzheimer's disease and type 2 diabetes. Targeting the NLRP3 inflammasome could hold promise to combat these complex diseases, but therapies specifically inhibiting the NLRP3 inflammasome have not been developed for patient treatment. The current study aimed to identify food-borne exosome-like nanoparticles (ELNs) that inhibit NLRP3 inflammasome activity. Nine vegetables or fruits were selected to extract ELNs, which were examined for their inhibitory effects on activation of the NLRP3 inflammasome in primary macrophages. Although most of the tested ELNs posed minimal impacts, the ELNs from ginger rhizomes (G-ELNs) strongly inhibited NLRP3 inflammasome activation. The G-ELNs contained lipids, proteins, and RNAs and were easily taken up by macrophages. G-ELN treatment suppressed pathways downstream of inflammasome activation including caspase1 autocleavage, interleukin (IL)-1β and IL-18 secretion, and pyroptotic cell death. Apoptotic speck protein containing a caspase recruitment domain (ASC) oligomerization and speck formation assays indicated that G-ELNs blocked assembly of the NLRP3 inflammasome. The lipids in G-ELNs, rather than the RNAs or proteins, were responsible for the inhibitory activity observed. Together, the data suggested G-ELNs as new potent agents that block NLRP3 inflammasome assembly and activation. The unique features of G-ELNs including biomolecule protection and tissue bioavailability should facilitate the development of G-ELN-based therapy to target the NLRP3 inflammasome in the disease settings.

The prevalence of metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease (MASLD) continues to rise with the increasing obesity epidemic. Rezdiffra as an activator of a thyroid hormone receptor-beta is the only Food and Drug Administration approved therapy. As such, there is a critical need to improve our understanding of gene expression regulation and signaling transduction in MASLD to develop new therapies. Matrin-3 is a DNA- and RNA-binding protein involved in the pathogenesis of human diseases. Here we examined its previously uncharacterized role in limiting hepatic steatosis and stress response via the constitutive androstane receptor (CAR). Matrin-3 floxed and liver-specific knockout mice were fed either a chow diet or 60 kcal% high-fat diet (HFD) for up to 16 weeks. The mice were euthanized for different analysis including liver histology, lipid levels, and gene expression. Bulk RNA-seq, bulk ATAC-seq, and single-nucleus Multiome were used to examine changes of transcriptome and chromatin accessibility in the liver. Integrative bioinformatics analysis of our data and publicly available datasets and different biochemical assays were performed to identify underlying the molecular mechanisms mediating matrin-3's effects. Liver-tropic adeno-associated virus was used to restore the expression of CAR for lipid, acute phase genes, and histological analysis. Matrin-3 expression is induced in the steatotic livers of mice. Liver-specific matrin-3 deletion exacerbated HFD-induced steatosis, acute phase response, and inflammation in the liver of female mice. The transcriptome and chromatin accessibility were re-programmed in the liver of these mice with signatures indicating that CAR signaling is dysregulated. Mechanistically, matrin-3 interacts with CAR mRNA, and matrin-3 deficiency promotes CAR mRNA degradation. Consequently, matrin-3 deletion impaired CAR signaling by reducing CAR expression. Matrin-3 levels positively correlate with CAR expression in human livers. Ces2a and Il1r1 were identified as new target genes of CAR. Interestingly, we found that CAR discords with the expression of its target genes including Cyp2b10 and Ces2a in response to HFD, indicating CAR signaling is dysregulated by HFD despite increased CAR expression. Dysregulated CAR signaling upon matrin-3 deficiency reduced Ces2a and de-repressed Il1r1 expression. CAR restoration partially abrogated the dysregulated gene expression, exacerbated hepatic steatosis, acute phase response, and inflammation in liver-specific matrin-3 knockout mice fed a HFD. Our findings demonstrate that matrin-3 is a key upstream regulator maintaining CAR signaling upon metabolic stress, and the matrin-3-CAR axis limits hepatic steatosis and stress response signaling that may give insights for therapeutic intervention.