pyroptosisのmediatorが同定される

細胞死は、関与するタンパク質や死滅する細胞の形態学的特徴によって区別される、いくつかの異なる機序を介して起こりうる。

ピロトーシスは、数種類の炎症シグナルに応答して発生する細胞死の一種であり、マウスではカスパーゼ1、11、12、ヒトではカスパーゼ1、4、5、12が関与し、細胞の膨張および溶解と、炎症性サイトカインインターロイキン-1β（IL-1β）の放出を伴う。

細菌産物のリポ多糖（LPS）が細胞内に存在する場合には、マウスではカスパーゼ11、ヒトではカスパーゼ4のオリゴマー化と活性化が引き起こされる。

その他の炎症分子がインフラマソームを刺激し、インフラマソームがカスパーゼ1を活性化させる。ShiらとKayagakiらは、それぞれ遺伝子ノックアウトスクリーニングと変異原性スクリーニングを用いて、gasdermin D（GSDMD）をコードする遺伝子がピロトーシス性細胞死に必要であることを突き止めた。

いずれのグループも、機能的GSDMDを欠損した骨髄由来マクロファージ（BMDM）が、細胞内LPSに応答した細胞死に抵抗性を示すことを見出した。

しかし、Shiらは、インフラマソームおよびカスパーゼ1介在性細胞死の活性化因子に応答したピロトーシスとIL-1β放出にも、GSDMDが必要であることを見出した一方、Kayagakiらの結果からは、インフラマソーム誘発性の細胞死は、阻害されるのではなく遅延することが示された。

Brozが指摘しているように、これは実験手順の違いを反映している可能性がある。

Shiらは、Kayagakiらが検討したよりも早期の事象を検討したためである。

Shiらは、GSDMD欠損細胞がアポトーシスまたはネクロトーシスを起こすことを確認し、GSDMDはピロトーシス性細胞死に特異的であることを示した。

いずれのグループも、カスパーゼ11がGSDMDを切断すること、GSDMD欠損細胞にAsp²⁷⁵のAla変異体を再導入しても、ピロトーシスおよびIL-1β放出は回復しないこと、N末端フラグメントの発現により細胞死が起こることを突き止めた。

Shiらは、GSDMDを293T細胞に過剰発現させた場合、またはin vitroアッセイに用いた場合に、カスパーゼ1およびカスパーゼ4がGSDMDを切断することも報告した。

切断部位をカスパーゼ3または7によって認識されるように改変し、この変異GSDMDをGSDMD^–/– Hela細胞に発現させることにより、Shiらは、細胞は外因性細胞死経路を活性化させる刺激に応答して細胞死を起こすが、アポトーシスの形態学的特徴をもたず、細胞死応答はピロトーシスによって仲介されるとみられることを示した。

Kayagakiらは、インフラマソームまたはカスパーゼ1の構成成分を欠損したBMDMでは、GSDMD切断されていることを見出し、カスパーゼ11による切断は、カスパーゼ1を活性化させるインフラマソーム複合体の形成よりも上流で発生することを示した。

これらの研究では、ピロトーシス性細胞死の重要なメディエーターが発見されただけでなく、分泌シグナルが知られていないIL-1βの放出が、ピロトーシス時に発生する細胞溶解において起こる可能性があることが示唆されている。

Brozが指摘しているように、今後の研究によって、ピロトーシスにおけるGSDMDの分子的役割が解明されるであろう。

Sci. Signal. 03 Nov 2015: Vol. 8, Issue 401, pp. ec319

DOI: 10.1126/scisignal.aad7791

Nancy R. Gough

Science Signaling, AAAS, Washington, DC 20005, USA

Cleavage of GSDMD by inflammatory caspases determines pyroptotic cell death.

J. Shi, Y. Zhao, K. Wang, X. Shi, Y. Wang, H. Huang, Y. Zhuang, T. Cai, F. Wang, F. Shao,

Nature 526, 660–665 (2015). [PubMed]

Caspase-11 cleaves gasdermin D for non-canonical inflammasome signalling.

N. Kayagaki, I. B. Stowe, B. L. Lee, K. O’Rourke, K. Anderson, Søren Warming, Trinna Cuellar, Benjamin Haley, Merone Roose-Girma, Qui T. Phung, Peter S. Liu, Jennie R. Lill, Hong Li, Jiansheng Wu, Sarah Kummerfeld, Juan Zhang, Wyne P. Lee, Scott J. Snipas, Guy S. Salvesen, Lucy X. Morris, Linda Fitzgerald, Yafei Zhang, Edward M. Bertram, Christopher C. Goodnow, Vishva M. Dixit,

Nature 526, 666–671 (2015). [PubMed]

Caspase target drives pyroptosis.

P. Broz,

Nature 526, 642–643 (2015). [PubMed]

Cell death can occur through several distinct mechanisms that are distinguished by the proteins involved and the morphological features of the dying cells. Pyroptosis is a form of cell death that occurs in response to some types of inflammatory signals and involves caspases-1, -11, or -12 in mice or caspases-1, -4, -5, and -12 in humans; cell swelling and lysis; and the release of the proinflammatory cytokine interleukin-1β (IL-1β). When present intracellularly, the bacterial product lipopolysaccharide (LPS) triggers oligomerization and activation of caspase-11 in mice and caspase-4 in humans. Other inflammatory molecules stimulate the inflammasome, which activates caspase-1. Shi et al. and Kayagaki et al. used a gene knockout screen or a mutagenesis screen, respectively, and identified the gene encoding gasdermin D (GSDMD) as necessary for pyroptotic cell death. Both groups found that bone marrow–derived macrophages (BMDMs) lacking functional GSDMD were resistant to death in response to intracellular LPS. However, Shi et al. found that pyroptosis and IL-1β release in response to activators of the inflammasome and caspase-1–mediated death also required GSDMD, whereas the results of Kayagaki et al. indicated that inflammasome-triggered cell death was delayed rather than blocked. As noted by Broz, this may reflect differences in experimental procedures because Shi et al. examined earlier events than those examined by Kayagaki et al.Shi et al. established that GSDMD-deficient cells underwent apoptosis or necroptosis, indicating that GSDMD was specific for pyroptotic death. Both groups determined that caspase-11 cleaved GSDMD, that reintroduction of an Asp275-to-Ala mutant in cells lacking GSDMD failed to restore pyroptosis and IL-1β release, and that expression of the N-terminal fragment resulted in cell death. Shi et al. also reported that caspase-1 and caspase-4 cleaved GSDMD when overexpressed in 293T cells or when used for in vitro assays. By engineering the cleavage site to one recognized by caspase-3 or -7 and expressing this mutated GSDMD in GSDMD–/– Hela cells, Shi et al. showed that the cells underwent cell death in response to stimuli that activate the extrinsic cell death pathway, but that instead of having morphological characteristics of apoptosis, the death response appeared to be mediated by pyroptosis. Kayagaki et al. found that BMDMs lacking components of the inflammasome or caspase-1 exhibited GSDMD cleavage, indicating that cleavage by caspase-11 occurred upstream of formation of the caspase-1–activating inflammasome complex. In addition to finding a key mediator of pyroptotic death, these studies suggest that release of IL-1β, which lacks any known secretory signal, may occur during the cell lysis that occurs during pyroptosis. As noted by Broz, future studies will determine the molecular role of GSDMD in pyroptosis.