# Molecular mechanisms of gasdermins and pyroptosis

> **NIH NIH R01** · CASE WESTERN RESERVE UNIVERSITY · 2021 · $305,900

## Abstract

Abstract 
The  inflammasomes  are  crucial  innate  immune  signaling  platforms  implicated  in  immune  defense  against 
infections  and  autoimmune/autoinflammatory  disorders  such  as  multiple  sclerosis,  diabetes,  and  Alzheimer’s 
disease. Pyroptosis is triggered by inflammatory caspases-­1, 4, 5, or 11 upon stimulation of the canonical and 
noncanonical inflammasomes. Despite the recent progress on the identification and characterization of GSDMD 
as an effector of pyroptosis, the molecular events underlying the transformation of GSDMD from an autoinhibited 
resting state to the recognition and cleavage by caspases has remained poorly defined. The lack of mechanistic 
understanding  of  GSDMD-­mediated  pyroptosis  has  hampered  progress  on  the  development  of  novel 
therapeutics against infections and autoimmune/autoinflammatory disorders. This proposal targets critical gaps 
in  our  understanding  of  GSDMD/inflammatory  caspase-­mediated  pyroptosis  using  complementary  structure-­
function approaches. We hypothesize that GSDMD is maintained in an autoinhibited conformation through 
intramolecular domain interactions between its N-­ (GSDMD-­N) and C-­terminal (GSDMD-­C) domains. Such 
conformation  is  recognized  by  inflammatory  caspases  that  cleave  at  the  linker  region  to  release  the 
autoinhibition  and  facilitate  membrane  pore  formation.  We  propose  the  following  specific  aims  to  test  the 
above hypothesis. Aim 1. Define the mechanism through which GSDMD maintains its autoinhibited state, and 
how such autoinhibition may be regulated by small molecule tool compounds. We will characterize the structure 
of the GSDMD domains and the full-­length protein in its autoinhibited state using primarily structural approaches, 
in concert with analysis of the GSDMD-­N and GSDMD-­C interactions through biochemical techniques. The role 
of  the  intramolecular  domain  interface  during  Salmonella  infection-­induced  pyroptosis  will  be  probed  using 
GSDMD-­deficient  cell  lines  reconstituted  with  mutant  GSDMD.  A  unique  feature  of  our  approach  is  the 
incorporation of GSDMD-­binding compounds identified from chemical libraries screening into the above efforts 
to  investigate  the  regulation  of  GSDMD  and  pyroptosis  by  small  molecule  tool  compounds.  Aim  2.  Define  the 
mechanisms of gasdermin recognition and cleavage by inflammatory caspases. We will elucidate the molecular 
basis  of  the  conversion  of  caspases-­4  and  11  from  zymogens  to  active  conformation,  which  has  been  poorly 
characterized. We will investigate the mechanism of GSDMD recognition by these caspases, which may involve 
both the linker peptides and tertiary structure of GSDMD. In summary, this project will delineate the molecular 
mechanisms  underlying  the  autoinhibition  and  activation  of  GSDMD  during  pyroptosis,  identify  small  molecule 
tool compounds and characterize their mode of acti...

## Key facts

- **NIH application ID:** 10112920
- **Project number:** 5R01GM127609-04
- **Recipient organization:** CASE WESTERN RESERVE UNIVERSITY
- **Principal Investigator:** Tsan Sam Xiao
- **Activity code:** R01 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2021
- **Award amount:** $305,900
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2018-05-01 → 2023-02-28

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/10112920

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 10112920, Molecular mechanisms of gasdermins and pyroptosis (5R01GM127609-04). Retrieved via AI Analytics 2026-05-23 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/10112920. Licensed CC0.

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*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*