Gasdermin E and pyroptosis in cancer

点击翻译按钮获取中文摘要

Caspase-­3  activation  during  apoptosis  can  trigger  caspase-­3  cleavage  of  gasdermin  E  (GSDME).  The  gasdermins  (GSDM)  are  a family of proteins,  whose  cleavage  activates  inflammatory death,  called pyroptosis.  N-­terminal GSDM fragments form pores in the cell membrane that cause rapid cell death in which the cell swells,  activates and releases inflammatory cytokines and other inflammatory mediators, and eventually bursts. GSDME  cleavage converts noninflammatory apoptotic death to more rapid inflammatory pyroptotic death. GSDME is not  expressed in most cancer cell lines, is epigenetically inactivated in gastric, colorectal and breast cancer, relative  to normal  tissue, and  mutated  in  some others.  GSDME  expression  suppresses  colony  formation  in gastric  and  colorectal  cancer  and  invasivity  of  breast  cancer.  Worse  5-­year  survival  and  an  increase  in  lymph  node  metastases  are associated  with  reduced  GSDME  in  breast  cancer.  Moreover,  lack  of GSDME promotes drug  resistance in melanoma and lung cancer cell lines. We hypothesize that GSDME acts like a tumor suppressor,  that some tumor cells avoid pyroptosis by downregulating or mutating GSDME and that the switch from  apoptosis  to  pyroptosis  profoundly  affects  tumor  cell  survival,  anti-­tumor  immunity  and  response  to  chemotherapy  and  radiation.  In  preliminary  data,  cancer-­associated  GSDME  mutations  are  shown  to  be  primarily  loss  of  function  mutations.  Gsdme  knockout  in  cancer  lines  promoted  tumor  growth  while  ectopic  GSDME expression strongly inhibited tumor growth in immune competent mice. The tumor suppressive role of  GSDME  was  lost  in  immunodeficient  NOD.scid.Il2rg-­/-­  (NSG)  and  Prf1-­/-­  mice  deficient  in  perforin  and  strongly  inhibited by NK or CD8 T cell depletion. GSMDE expression by the tumor increased infiltrating, functional CD8  T  cells  and  NK  cells.  Based  on  these  data,  we  hypothesize  that  GSDME  suppresses  tumor  growth  by  recruiting  and  activating  anti-­tumor  killer  lymphocytes.  We  also  found  that  granzymes  B  and  M,  death-­ inducing proteases of killer lymphocytes, directly cleave GSDME during killer cell attack to activate pyroptosis in  a  caspase-­independent  manner,  which  is  amplified  by  caspase  activation.  We  also  hypothesize  that  direct  granzyme  cleavage  of  GSDME  in  cancer  cells  triggers  pyroptosis  and  enhances  their  anti-­tumor  immunity. Killer lymphocyte mediated death has previously been thought to be non-­inflammatory. Our goal is  to  test  these  hypotheses  and  develop  mechanistic  insights  to  understand  whether  and  how  suppression  of  GSDME  activation  of pyroptosis  in  cancer  cells  impacts oncogenesis,  drug  sensitivity  and  protective  immunity.  Our specific aims are to investigate the effect of GSDME mutation and expression on GSDME activation, lipid  binding,  oligomerization  and  pore  formation,  on  whether  cell  death  by  apoptotic  stimuli  or  killer  cells  is  inflammatory and immunogenic, and whether and how GSDME affects tumor growth, immunity and responses  to therapy in vitro and in transplanted mouse tumor models.