Abstract The IL-1 family cytokines are regulated on transcriptional and posttranscriptional levels. Pattern recognition and cytokine receptors control pro-IL-1β transcription whereas inflammasomes regulate the proteolytic processing of pro-IL-1β. The NLRP3 inflammasome, however, assembles in response to extracellular ATP, pore-forming toxins, or crystals only in the presence of proinflammatory stimuli. How the activation of gene transcription by signaling receptors enables NLRP3 activation remains elusive and controversial. In this study, we show that cell priming through multiple signaling receptors induces NLRP3 expression, which we identified to be a critical checkpoint for NLRP3 activation. Signals provided by NF-κB activators are necessary but not sufficient for NLRP3 activation, and a second stimulus such as ATP or crystal-induced damage is required for NLRP3 activation.

Cytoplasmic DNA is an important trigger for the innate immune system. The downstream signalling pathways involved in this process have been extensively characterized, but much less is known about the initial step, the recognition of the DNA. Two groups reporting in this issue of Nature have now identified AIM2 (absent in melanoma 2), a member of the interferon-inducible HIN-200 family, as a cytoplasmic DNA sensor. In the presence of DNA, AIM2 oligermerizes and associates with the adapter molecule ASC to activate NF-κB and caspase-1, key components of the inflammasome complex. This highlights the AIM2 inflammasome as a possible target for the treatment of both infections and autoimmune diseases. In this paper AIM2 is shown to sense cytoplasmic DNA and to interact with ASC in activation of caspase-1. Host- and pathogen-associated cytoplasmic double-stranded DNA triggers the activation of a NALP3 (also known as cryopyrin and NLRP3)-independent inflammasome1, which activates caspase-1 leading to maturation of pro-interleukin-1β and inflammation. The nature of the cytoplasmic-DNA-sensing inflammasome is currently unknown. Here we show that AIM2 (absent in melanoma 2), an interferon-inducible HIN-200 family member that contains an amino-terminal pyrin domain and a carboxy-terminal oligonucleotide/oligosaccharide-binding domain2,3, senses cytoplasmic DNA by means of its oligonucleotide/oligosaccharide-binding domain and interacts with ASC (apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD) through its pyrin domain to activate caspase-1. The interaction of AIM2 with ASC also leads to the formation of the ASC pyroptosome4, which induces pyroptotic cell death in cells containing caspase-1. Knockdown of AIM2 by short interfering RNA reduced inflammasome/pyroptosome activation by cytoplasmic DNA in human and mouse macrophages, whereas stable expression of AIM2 in the non-responsive human embryonic kidney 293T cell line conferred responsiveness to cytoplasmic DNA. Our results show that cytoplasmic DNA triggers formation of the AIM2 inflammasome by inducing AIM2 oligomerization. This study identifies AIM2 as an important inflammasome component that senses potentially dangerous cytoplasmic DNA, leading to activation of the ASC pyroptosome and caspase-1.

Francisella tularensis, the causative agent of tularemia, infects host macrophages, which triggers production of the proinflammatory cytokines interleukin 1beta (IL-1beta) and IL-18. We elucidate here how host macrophages recognize F. tularensis and elicit this proinflammatory response. Using mice deficient in the DNA-sensing inflammasome component AIM2, we demonstrate here that AIM2 is required for sensing F. tularensis. AIM2-deficient mice were extremely susceptible to F. tularensis infection, with greater mortality and bacterial burden than that of wild-type mice. Caspase-1 activation, IL-1beta secretion and cell death were absent in Aim2(-/-) macrophages in response to F. tularensis infection or the presence of cytoplasmic DNA. Our study identifies AIM2 as a crucial sensor of F. tularensis infection and provides genetic proof of its critical role in host innate immunity to intracellular pathogens.

Activation of the inflammasome generates the pro-inflammatory cytokines interleukin-1β and -18, which are important mediators of inflammation. Abnormal activation of the inflammasome leads to many inflammatory diseases, including gout, silicosis, neurodegeneration, and genetically inherited periodic fever syndromes. Therefore, identification of small molecule inhibitors that target the inflammasome is an important step toward developing effective therapeutics for the treatment of inflammation. Here, we show that the herbal NF-κB inhibitory compound parthenolide inhibits the activity of multiple inflammasomes in macrophages by directly inhibiting the protease activity of caspase-1. Additional investigations of other NF-κB inhibitors revealed that the synthetic IκB kinase-β inhibitor Bay 11-7082 and structurally related vinyl sulfone compounds selectively inhibit NLRP3 inflammasome activity in macrophages independent of their inhibitory effect on NF-κB activity. In vitro assays of the effect of parthenolide and Bay 11-7082 on the ATPase activity of NLRP3 demonstrated that both compounds inhibit the ATPase activity of NLRP3, suggesting that the inhibitory effect of these compounds on inflammasome activity could be mediated in part through their effect on the ATPase activity of NLRP3. Our results thus elucidate the molecular mechanism for the therapeutic anti-inflammatory activity of parthenolide and identify vinyl sulfones as a new class of potential therapeutics that target the NLRP3 inflammasome.