NLRP1 and gasdermins regulate IL-1β release in human lung fibroblasts infected with respiratory syncytial virus

Abstract

Respiratorisk syncytialvirus (RSV) er en hovedårsak til akutte infeksjoner i luftveiene, spesielt hos spedbarn og eldre. Det inflammatoriske cytokinet interleukin-1β (IL-1β) har vist seg å spille en kritisk rolle i balansen mellom virusindusert celledød og vevsskade i lungene. Nylige studier har fremhevet lungefibroblaster som viktige regulatorer av immunresponsen ved alvorlige luftveisinfeksjoner, men denne celletype sin rolle er fortsatt dårlig forstått. Denne studien fokuserte på å undersøke mekanismene bak RSV-indusert produksjon av IL-1β og lytisk celledød i den humane lungefibroblastcellelinjen WI-38.

Våre resultater viste at RSV-infeksjon førte til en signifikant frigjøring av IL-1β og laktatdehydrogenase (LDH) i WI-38-celler, samt økt uttrykk av det ekstracellulære matriks-modifiserende enzymet ADAMTS4. Vi identifiserte NLRP1-inflammasomet som en nøkkelmekanisme for modning og frigjøring av IL-1β, selv om det ikke var involvert i priming-steget av IL-1β-produksjonen. Selvom proteinkinase R (PKR) bidro til uttrykket av type III interferon (IFN-λ), regulerte PKR ikke IL-1β-produksjon i RSV-infiserte WI-38-celler. Videre viste vi at både gasdermin D (GSDMD) og gasdermin E (GSDME) spiller roller i IL-1β-sekresjon, men ikke i LDH-frigjøring, noe som antyder involvering av alternative veier i RSV-indusert celledød. Interessant nok induserte RSV en atypisk, caspase-3-avhengig inaktivering av GSDMD og aktivering av GSDME, som fremmet IL-1β-frigjøring.

Samlet gir våre funn nye innsikter i fibroblast-medierte inflammatoriske responser i lungene under RSV-infeksjon, og bidrar til økt forståelse av RSV-indusert betennelse i luftveiene.

Respiratory syncytial virus (RSV) is a major cause of acute respiratory tract infections, particularly in infants and the elderly. The inflammatory cytokine interleukin-1β (IL‐1β) has been found to have a critical role in balancing respiratory virus infection-induced cell death and tissue damage in the lung. Recent studies have highlighted the role of lung fibroblasts in modulating immune responses during severe respiratory viral infections; however, the involvement of this cell type remains poorly understood. This study focused on exploring mechanisms underlying RSV-induced IL-1β production and lytic cell death in the human lung fibroblast cell line WI-38.

Our results demonstrated that RSV infection induced a significant release of IL-1β and lactate dehydrogenase (LDH) in WI-38 cells, as well as increased expression of the extracellular matrix-modifying enzyme ADAMTS4. We identified the NLRP1 inflammasome as a key mediator of IL-1β maturation and release, although it was not involved in the priming step of IL-1β production. While protein kinase R (PKR) was found to be functionally active and contributed to type III interferon (IFN-λ) expression, it did not regulate IL-1β production in RSV-infected WI-38 cells. Furthermore, we showed that both gasdermin D (GSDMD) and gasdermin E (GSDME) play roles in IL-1β secretion, but not in LDH release, suggesting the involvement of alternative pathways in RSV-induced cell death. Interestingly, RSV induced an atypical, caspase-3-dependent inactivation of GSDMD and activation of GSDME, promoting IL-1β release.

Overall, our findings provide novel insights into lung fibroblast-mediated inflammatory responses during RSV infection, which promote the understanding of RSV-induced respiratory tract inflammation.