Nlrp1 - инфламмасомы

NLRP1 был первым членом семейства NLR, который был идентифицирован как образующий инфламмасомы комплекс. Белок NLRP1 человека содержит N-концевой пириновый домен (PYD), нуклеотидсвязывающий домен (NBD), богатый лейцином (LRR) домен, «функция для поиска»(FIIND), и C-терминальный домен активирующий и усиливающий каспазу (CARD). В отличие от случая с человеком, геном мыши кодирует три паралога Nlrp1, Nlrp1a, Nlrp1b, и Nlrp1c, все из которых не имеют PYD.

Летальный токсин сибирской язвы, производимый Bacillus anthracis, состоит из защитного антигена и смертельного фактора. Защитный антиген генерирует поры на мембране клетки-хозяина,через которые летальный фактор входит в клетку. Дальнейшие исследования показали, что летальный фактор расщепляет мышиный NLRP1b и крысиный NLRP1, чтобы индуцировать активацию инфламмасом. Сайт расщепления расположен в N-концевом домене мыши NLRP1b и крысы NLRP1. Последующее исследование продемонстрировало, что расщепление мышиного NLRP1b является достаточным для индуцирования активации каспазы-1 даже в отсутствие летального фактора, предполагают, что NLRP1b может иметь способность активировать воспаление в ответ на любой белок, который способен индуцировать расщепление NLRP1b.

Как восприимчивые, так и устойчивые формы мышиных NLRP1b расщепляются летальным фактором, однако только макрофаги, содержащие восприимчивую форму NLRP1b, подвергаются активации каспазы-1 и пироптозу. Резистентная форма неспособна к формированию инфламмасом после расщепления NLRP1b. Дополнительные исследования показали, что аутопротеолитическое расщепление в области FIIND человеческого NLRP1 или летучего токсин-восприимчивой формы мышиного

NLRP1b также приводит к образованию инфламмасомы. Напротив, область FIIND в

устойчивой к летальному токсину форме мышиного NLRP1b не расщепляется. Преобразование этой формы в отщепляемую форму путем мутагенеза неспособна сделать его способным активировать каспазу-1, предполагают, что восприимчивость NLRP1b к протеолитическому расщеплению не может объяснить различия в восприимчивости макрофагов к пироптозу в ответ на смертельный токсин сибирской язвы.

В макрофагах мыши, опосредуемое NLRP1b продуцирование IL-1β и пироптоз в ответ

на летучий токсин сибирской язвы происходит независимо от ASC и ASC-зависимого от каспазы-1 протеолиза. Эта деятельность возможна, потому что CARD и часть домена FIIND

NLRP1, по крайней мере в человеческом белке, может непосредственно взаимодействовать с CARD прокаспазы-1. Восстановление клеток с дефицитом каспазы-1 с нерасщепляемой формой прокаспазы-1 подтвердило, что протеолиз самой каспазы-1 не требуется для IL-1β активации и пироптоза при стимуляции летальным токсином. Однако ASC требуется для сборки инфламмасомы и для каспаза-1 – зависимого протеолиза в ответ на стимуляцию смертельным токсином. В этом контексте ASC частично способствует высвобождению IL-1β у мышиных макрофагов, стимулированных низкой дозой летального токсина, что указывает на то, что ASC обеспечивает NLRP1b улучшенную способность обнаруживать летальный токсин.

Мыши, содержащие восприимчивый вариант NLRP1b, который реагирует на летальный токсин, являются более защищеными от инфекции B. anthracis по сравнению с мышами, с резистентным NLRP1b. Это подтверждает физиологическую значимость

NLRP1b инфламмасомы в защите хозяина от B. Anthracis. Мутация, которая вызывает гиперактивацию мышиного NLRP1a из-за замещения глутамина на пролин в области линкера между NBD и LRR-доменом NLRP1a, приводит к летальному системному воспалению. Мыши с дефицитом каспазы-1 или IL-1β, но не ASC или каспазы-11, в присутствии гиперактивной мутации NLRP1a, были защищены против заболевания. У людей генетические исследования показали, что мутации в NLRP1 связаны с

аутовоспалительными заболеваниями, в том числе Витилиго и болезнь ю Аддисона. Эти мутации, приводящие к проявлению аутовоспалительных заболеваний, еще предстоит определить.

Моноциты крови у индивидуумов, имеющих гомозиготный гаплотип NLRP1,

связаны с восприимчивостью к Витилиго и другим аутоиммунным заболеваниям, вызванным повышенным уровни IL-1β, что указывает на то, что избыточное продуцирование IL-1β в результате NLRP1-инфламмасомной активности может быть фактором, способствующим развитию этих заболеваний. Выяснение молекулярного пути, который регулирует активацию NLRP1-инфламмасомы, необходимо для дальнейшего понимания его роли в инфекционных и аутовоспалительных заболеваниях.

Canonical NLRP3 inflammasome

NLRP3 (также известный как CIAS1, криопирин, NALP3 и Pypaf1) реагирует на широкий спектр PAMP и DAMP, включая бактериальную РНК, бактериальную ДНК, гибриды РНК,

мурамиловый дипептид (MDP), ДНК и РНК-вирусы, грибы, простейшие, АТФ, кристаллы мочевой кислоты, диоксид кремния, гидроксид алюминия, асбест и пчелиный яд . Активация NLRP3 инфламмасомы в макрофагах требуется два сигнала. Первый сигнал, известный как (TLR), NOD2, TNFR1 или TNFR2, который

взаимодействует с NF-κB-опосредованной экспрессией NLRP3. Второй сигнал обеспечивается PAMP или DAMP, который активирует NLRP3 для запуска сборки инфламмасомы, IL-1β и IL-18 активации и пироптоза. Только первый сигнал необходим для секреции IL-1β у человеческих моноцитов, возможно, благодаря экспрессии конститутивно активной каспазы-1 в этих клетках.

Разнообразные PAMP и DAMP, обнаруженные в NLRP3, ясно указывают на то, что NLRP3 маловероятно непосредственно взаимодействуют со всеми этими активаторами. Вместо этого более вероятным является то, что происходит индукция конформационного изменения в NLRP3, которое преобразует его из неактивной в активную. Нет единого мнения в отношении точного механизма активации инфламмасомы NLRP3. Было предложено несколько механизмов, включая дисфункцию, ассоциированную с митохондриями [митохондриальные активные формы кислорода (ROS), окисленная митохондриальная ДНК, транслокация кардиолипина из внутренней во внешнюю митохондриальную мембрану], отток калия,увеличение внутриклеточного кальция и уменьшение клеточного циклического АМФ, фагосомная дестабилизация, порообразующие действия, обусловленные бактериями, и изменения в объеме клеток .

Работа нашей лаборатории и других показала, что каспаза-8 и ее адаптер Fas-связанный домен смерти (FADD) белка необходимы как для прайминга, так и для активации инфламмасомы NLRP3 в макрофагах. Поскольку каспаза-8 имеет важное значение для начального сигнала, было сложно определить, влияет ли каспаза-8 на активацию инфламмасомы NLRP3. Однако,фармакологическое ингибирование каспазы-8 после прайминга ингибирует каноническую активацию NLRP3 инфламмасомы .

Однако в одном из исследований показано, что каспаза-8 подавляет активность NLRP3 в дендритных клетках. Каспаза-8-дефицитные дендритные клетки высвобождают IL-1β после стимуляции LPS независимо от NLRP3 активности. В отличие от дендритных клеток, каспаза-8 способствует усиленной активации NF-κB в ответ на стимуляцию TLR в макрофагах, T -клетках, В-клеткахи NK-клетках .

Другие исследования показали, что каспаза-8 и FADD необходимы для выработки каспазы-1 и гибели клеток, вызванной инфекцией Yersinia. При инфекции Yersinia, RIP1, но

не RIP3, способствует активации каспазы-1 . В ответ на везикулярный стоматитный

вирус, РНК-вирус, RIP1 и RIP3 образуют комплекс для повреждения митохондрий и

ROS, что приводит к активации инфламмасомы NLRP3 . RIP2, однако,

усиливает аутофагию митохондрий или митофагов, чтобы предотвратить накопление ROS и гасит активацию инфламмасомы NLRP3 во время инфицирования вирусом гриппа A.

Последующая модификация NLRP3 может либо активировать, либо подавлять

Активацию инфламмасомы. Например, дезубиквитинирование LRR-домена NLRP3 с помощью BRCC3, и JAMM-содержащий Zn2 + металлопротеазы дезубекинитирующий фермент, приводит к активации инфламмасомы. Напротив, оксид азота индуцирует S-нитрозилирование NLRP3 и каспазы-1 и предотвращает сборку инфламмасомы . Эти исследования в совокупности предоставляют доказательства того, что каспаза-8, FADD, IRAK, RIP-киназы и посттрансляционные модификации жестко контролируют активацию и подавляют сборку канонической NLRP3 инфламмасомы. Как эти регуляторы могут быть нацелены и использоваться для разработки иммунотерапии, еще предстоит изучить.

Генетические исследования в популяциях человека показали, что мутации в гене NLRP3 являются связанными с развитием группы аутовоспалительных состояний, известных как

«связанные с криопирином периодические синдромы (CAPS)» . Эти условия включают семейный холодный аутовоспалительный синдром, синдром Маккле-Уэллса и неонатальное начальное мультисистемное воспалительное заболевание или хронический инфантильный неврологический кожный и суставной синдром (CINCA). Пациенты с CAPS продуцируют повышенное количество IL-1β по сравнению со здоровыми людьми.

Исследования, проведенные с использованием штаммов knockin mouse, показали, что

CAPS-ассоциированные мутации NLRP3, каспаза-1, IL-1β и IL-18 в совокупности вносят вклад в болезни . Другие элегантные модели мыши дали представление о роли

NLRP3 инфламмасомы при подагре, диабете типа 2, ожирении, атеросклерозе, ревматоидном артрите , безалкогольном жировом заболевании печени, заболевании костей, воспалительном заболевании кишечника, колоректальном раке, болезни Альцгеймера и старении.

Недавние исследования в нашей лаборатории выявили двойную роль каспазы-1 и каспазы-8 в модулировании IL-1β-опосредованной болезни костей.