Apoptosis is a genetically regulated cell suicide programme mediated by activation of the effector caspases 3, 6 and 7. If apoptotic cells are not scavenged, they progress to a lytic and inflammatory phase called secondary necrosis. The mechanism by which this occurs is unknown. Here we show that caspase-3 cleaves the GSDMD-related protein DFNA5 after Asp270 to generate a necrotic DFNA5-N fragment that targets the plasma membrane to induce secondary necrosis/pyroptosis. Cells that express DFNA5 progress to secondary necrosis, when stimulated with apoptotic triggers such as etoposide or vesicular stomatitis virus infection, but disassemble into small apoptotic bodies when DFNA5 is deleted. Our findings identify DFNA5 as a central molecule that regulates apoptotic cell disassembly and progression to secondary necrosis, and provide a molecular mechanism for secondary necrosis. Because DFNA5-induced secondary necrosis and GSDMD-induced pyroptosis are dependent on caspase activation, we propose that they are forms of programmed necrosis. DFNA5 is related to the caspase-dependent pyroptosis inducer gasdermin D. Here the authors find that DFNA5 is cleaved by caspase 3 and show this cleavage skews cells away from apoptosis into secondary necrosis, a form of cell death characterized by membrane ballooning similar to pyroptosis.

Gasdermin E (GSDME/DFNA5) cleavage by caspase-3 liberates the GSDME-N domain, which mediates pyroptosis by forming pores in the plasma membrane. Here we show that GSDME-N also permeabilizes the mitochondrial membrane, releasing cytochrome c and activating the apoptosome. Cytochrome c release and caspase-3 activation in response to intrinsic and extrinsic apoptotic stimuli are significantly reduced in GSDME-deficient cells comparing with wild type cells. GSDME deficiency also accelerates cell growth in culture and in a mouse model of melanoma. Phosphomimetic mutation of the highly conserved phosphorylatable Thr6 residue of GSDME, inhibits its pore-forming activity, thus uncovering a potential mechanism by which GSDME might be regulated. Like GSDME-N, inflammasome-generated gasdermin D-N (GSDMD-N), can also permeabilize the mitochondria linking inflammasome activation to downstream activation of the apoptosome. Collectively, our results point to a role of gasdermin proteins in targeting the mitochondria to promote cytochrome c release to augment the mitochondrial apoptotic pathway.

Abstract Combinations of BRAF inhibitors and MEK inhibitors (BRAFi + MEKi) are FDA-approved to treat BRAFV600E/K-mutant melanoma. Efficacy of BRAFi + MEKi associates with cancer cell death and alterations in the tumor immune microenvironment; however, the links are poorly understood. We show that BRAFi + MEKi caused durable melanoma regression in an immune-mediated manner. BRAFi + MEKi treatment promoted cleavage of gasdermin E (GSDME) and release of HMGB1, markers of pyroptotic cell death. GSDME-deficient melanoma showed defective HMGB1 release, reduced tumor-associated T cell and activated dendritic cell infiltrates in response to BRAFi + MEKi, and more frequent tumor regrowth after drug removal. Importantly, BRAFi + MEKi–resistant disease lacked pyroptosis markers and showed decreased intratumoral T-cell infiltration but was sensitive to pyroptosis-inducing chemotherapy. These data implicate BRAFi + MEKi–induced pyroptosis in antitumor immune responses and highlight new therapeutic strategies for resistant melanoma. Significance: Targeted inhibitors and immune checkpoint agents have advanced the care of patients with melanoma; however, detailed knowledge of the intersection between these two research areas is lacking. We describe a molecular mechanism of targeted inhibitor regulation of an immune-stimulatory form of cell death and provide a proof-of-principle salvage therapy concept for inhibitor-resistant melanoma. See related commentary by Smalley, p. 176. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 161

Abstract TLR2 promotes NLRP3 inflammasome activation via an early MyD88-IRAK1-dependent pathway that provides a priming signal (signal 1) necessary for activation of the inflammasome by a second potassium-depleting signal (signal 2). Here we show that TLR3 binding to dsRNA promotes post-translational inflammasome activation through intermediate and late TRIF/RIPK1/FADD-dependent pathways. Both pathways require the scaffolding but not the catalytic function of caspase-8 or RIPK1. Only the late pathway requires kinase competent RIPK3 and MLKL function. Mechanistically, FADD/caspase-8 scaffolding function provides a post-translational signal 1 in the intermediate pathway, whereas in the late pathway it helps the oligomerization of RIPK3, which together with MLKL provides both signal 1 and 2 for inflammasome assembly. Cytoplasmic dsRNA activates NLRP3 independent of TRIF, RIPK1, RIPK3 or mitochondrial DRP1, but requires FADD/caspase-8 in wildtype macrophages to remove RIPK3 inhibition. Our study provides a comprehensive analysis of pathways that lead to NLRP3 inflammasome activation in response to dsRNA.