The study of autoinflammatory diseases has uncovered mechanisms underlying cytokine dysregulation and inflammation.

Scott Canna and colleagues report the identification of a de novo mutation in a conserved region of NLRC4 by whole-exome sequencing of an individual presenting with macrophage activation syndrome. Functional studies confirm that the mutation leads to constitutive inflammasome activation. Inflammasomes are innate immune sensors that respond to pathogen- and damage-associated signals with caspase-1 activation, interleukin (IL)-1β and IL-18 secretion, and macrophage pyroptosis. The discovery that dominant gain-of-function mutations in NLRP3 cause the cryopyrin-associated periodic syndromes (CAPS) and trigger spontaneous inflammasome activation and IL-1β oversecretion led to successful treatment with IL-1–blocking agents1. Herein we report a de novo missense mutation (c.1009A>T, encoding p.Thr337Ser) affecting the nucleotide-binding domain of the inflammasome component NLRC4 that causes early-onset recurrent fever flares and macrophage activation syndrome (MAS). Functional analyses demonstrated spontaneous inflammasome formation and production of the inflammasome-dependent cytokines IL-1β and IL-18, with the latter exceeding the levels seen in CAPS. The NLRC4 mutation caused constitutive caspase-1 cleavage in cells transduced with mutant NLRC4 and increased production of IL-18 in both patient-derived and mutant NLRC4–transduced macrophages. Thus, we describe a new monoallelic inflammasome defect that expands the monogenic autoinflammatory disease spectrum to include MAS and suggests new targets for therapy.

Autosomal recessive mutations in proteasome subunit β 8 (PSMB8), which encodes the inducible proteasome subunit β5i, cause the immune-dysregulatory disease chronic atypical neutrophilic dermatosis with lipodystrophy and elevated temperature (CANDLE), which is classified as a proteasome-associated autoinflammatory syndrome (PRAAS). Here, we identified 8 mutations in 4 proteasome genes, PSMA3 (encodes α7), PSMB4 (encodes β7), PSMB9 (encodes β1i), and proteasome maturation protein (POMP), that have not been previously associated with disease and 1 mutation in PSMB8 that has not been previously reported. One patient was compound heterozygous for PSMB4 mutations, 6 patients from 4 families were heterozygous for a missense mutation in 1 inducible proteasome subunit and a mutation in a constitutive proteasome subunit, and 1 patient was heterozygous for a POMP mutation, thus establishing a digenic and autosomal dominant inheritance pattern of PRAAS. Function evaluation revealed that these mutations variably affect transcription, protein expression, protein folding, proteasome assembly, and, ultimately, proteasome activity. Moreover, defects in proteasome formation and function were recapitulated by siRNA-mediated knockdown of the respective subunits in primary fibroblasts from healthy individuals. Patient-isolated hematopoietic and nonhematopoietic cells exhibited a strong IFN gene-expression signature, irrespective of genotype. Additionally, chemical proteasome inhibition or progressive depletion of proteasome subunit gene transcription with siRNA induced transcription of type I IFN genes in healthy control cells. Our results provide further insight into CANDLE genetics and link global proteasome dysfunction to increased type I IFN production.

The transcription factor Nrf2 is a critical regulator of inflammatory responses. If and how Nrf2 also affects cytosolic nucleic acid sensing is currently unknown. Here we identify Nrf2 as an important negative regulator of STING and suggest a link between metabolic reprogramming and antiviral cytosolic DNA sensing in human cells. Here, Nrf2 activation decreases STING expression and responsiveness to STING agonists while increasing susceptibility to infection with DNA viruses. Mechanistically, Nrf2 regulates STING expression by decreasing STING mRNA stability. Repression of STING by Nrf2 occurs in metabolically reprogrammed cells following TLR4/7 engagement, and is inducible by a cell-permeable derivative of the TCA-cycle-derived metabolite itaconate (4-octyl-itaconate, 4-OI). Additionally, engagement of this pathway by 4-OI or the Nrf2 inducer sulforaphane is sufficient to repress STING expression and type I IFN production in cells from patients with STING-dependent interferonopathies. We propose Nrf2 inducers as a future treatment option in STING-dependent inflammatory diseases.

BACKGROUNDUndifferentiated systemic autoinflammatory diseases (USAIDs) present diagnostic and therapeutic challenges. Chronic interferon (IFN) signaling and cytokine dysregulation may identify diseases with available targeted treatments.METHODSSixty-six consecutively referred USAID patients underwent underwent screening for the presence of an interferon signature using a standardized type-I IFN-response-gene score (IRG-S), cytokine profiling, and genetic evaluation by next-generation sequencing.RESULTSThirty-six USAID patients (55%) had elevated IRG-S. Neutrophilic panniculitis (40% vs. 0%), basal ganglia calcifications (46% vs. 0%), interstitial lung disease (47% vs. 5%), and myositis (60% vs. 10%) were more prevalent in patients with elevated IRG-S. Moderate IRG-S elevation and highly elevated serum IL-18 distinguished 8 patients with pulmonary alveolar proteinosis (PAP) and recurrent macrophage activation syndrome (MAS). Among patients with panniculitis and progressive cytopenias, 2 patients were compound heterozygous for potentially novel LRBA mutations, 4 patients harbored potentially novel splice variants in IKBKG (which encodes NF-κB essential modulator [NEMO]), and 6 patients had de novo frameshift mutations in SAMD9L. Of additional 12 patients with elevated IRG-S and CANDLE-, SAVI- or Aicardi-Goutières syndrome-like (AGS-like) phenotypes, 5 patients carried mutations in either SAMHD1, TREX1, PSMB8, or PSMG2. Two patients had anti-MDA5 autoantibody-positive juvenile dermatomyositis, and 7 could not be classified. Patients with LRBA, IKBKG, and SAMD9L mutations showed a pattern of IRG elevation that suggests prominent NF-κB activation different from the canonical interferonopathies CANDLE, SAVI, and AGS.CONCLUSIONSIn patients with elevated IRG-S, we identified characteristic clinical features and 3 additional autoinflammatory diseases: IL-18-mediated PAP and recurrent MAS (IL-18PAP-MAS), NEMO deleted exon 5-autoinflammatory syndrome (NEMO-NDAS), and SAMD9L-associated autoinflammatory disease (SAMD9L-SAAD). The IRG-S expands the diagnostic armamentarium in evaluating USAIDs and points to different pathways regulating IRG expression.TRIAL REGISTRATIONClinicalTrials.gov NCT02974595.FUNDINGThe Intramural Research Program of the NIH, NIAID, NIAMS, and the Clinical Center.