Inflamazóm

Inflamazóm je proteinový oligomer skládající se z kaspázy 1, PYCARD, NALP a někdy z kaspázy 5 (také známa jako kaspáza 11 nebo ICH-3). Je exprimován v myeloidních buňkách a je součástí vrozené imunity. Konkrétní složení inflamazómu je závislé na aktivátorech, které zapříčinují jeho skládání. Tedy dsRNA spouští jednu z možných složení inflamazómu, kdežto abestos jinou. Inflamazóm podporuje maturaci prozánětlivých cytokinů, interleukinu 1-β (IL-1β) a interleukinu 18 (IL-18).

Inflamazóm aktivuje prozánětlivé procesy a indukuje pyroptózu, programovanou buněčnou smrt odlišnou od apoptózy.

Úvod

Jedním z prvních způsobů obrany během infekce vrozené imunity je skupina receptorů, tzv. PRRs (pattern recognititom receptors), rozeznávajících molekuly typické pro patogeny. Tyto receptory se mohou nacházet na membránovém povrchu, například Toll-like receptory (TLRs) a lektinové receptory typu C (CLRs), nebo uvnitř cytoplazmy jako Nod-like receptory (NLRs) a RIG-like receptory (RLRs). V roce 2002 Martinon a kol.[1] ukázali, že podskupina NLRs, tzv. NLRP1, se skládá a oligomerizuje do struktur, které společně aktivují kaskádu kaspázy 1, která vede k produkci prozánětlivých cytokinů, zejména interleukinu 1B (IL-1B) a interleukinu 18 (IL-18). Multimolekulární NLRP1 komplex byl pojmenován „inflamazóm“, což probudilo zvýšený zájem v následujících letech. Od té doby došlo k objevení dalších typů inflamazómů. Dva z nich patří do podskupimy NLR – NLRP3 a NLRC4. V nedávné době Hornung et al.[2] klasifikovali inflamazóm z PYHIN (obsahující pyrin a HIN doménu) rodiny. Byl pojmenován absent in melanoma 2 (AIM2) a skládá se po rozpoznání cizí cytoplazmatické dvouvláknové DNA (dsDNA).

Zánětlivá kaskáda

Podobně jako apoptozóm, který aktivuje apoptotickou kaskádu, inflamazóm aktivuje zánětlivou kaskádu. Po aktivaci se inflamazóm váže na prokaspázu-1 (prekurzor kaspázy 1) homotypicky s účastí kaspázové aktivační domény (CARD), anebo se váže pomocí CARD domény adaptorového proteinu ASC, který je navázán v průběhu formace inflamazómu. Aktivovaný inflamazóm spouští autokatalytické štěpení seskupených molekul pro-kaspázy 1 (p45) na podjednotky p20 a p10.[3] Následně se kaspáza 1 seskupuje do své aktivní formy sestávající ze dvou heterodimerů z p20 a p10 podjednotek. Aktivovaná kaspáza 1 se může reagovat na počáteční prozánětlivý signál řadou procesů. Mezi takové procesy patří proteolytické štěpení pro-IL-1B v Asp 116 nna IL1β, štěpení pro-IL-18 na IL-18, které indukuje sekreci IFN-γ a aktivaci NK buněk,[4] štěpení a inaktivaci IL-33,[5] DNA fragmentaci a tvorbu pórů v buněčné membráně,[6] inhibici glykolytických enzymů,[7] aktivaci biosyntézy lipidů[8] a sekreci mediátorů opravy tkáně, jako je pro-IL-1-α.[9] AIM2 se skládá z HIN200 domény, která rozpoznává a váže cizí cytoplazmatickou dsDNA a aktivuje NF- КB, což je zásadní při virové a bakterální infekci.

Inflamazómy skupiny NLR

NLRP1, NLRP3 a NLRP4 patří do rodiny NLR a tím pádem mají dvě společné vlastnosti: za prvé doménu vázající nukleotidy (NBD), ke které se vážou ribonukleotidfosfáty (dNTP) a je důležitá pro oligomerizaci,[10] za druhé je to C-koncová na leucin bohatá repetice (LRR), která slouží jako doména rozpoznávající ligandy jiných receptorů (TLR) či mikrobiální peptidy.

NLRP1

Struktura

NLRP1 obsahuje, kromě NBD a LRR, na svém konci pyrinovou doménu(PYD) a na svám C-konci FIIND motiv a CARD, což NLRP1 odlišuje od ostatních inflamazómů. Po aktivaci C-koncový CARD homotypicky interaguje s CARD prokaspázy 1 nebo prokaspázy 5, zatímco N-koncový PYD homotypicky interaguje s PYD adaptorového proteinu ASC, jehož CARD může být posléze použít pro další prokaspázu 1. Vychytávání a štěpení prokaspázy 1 může následně aktivovat její různé dráhy.[11]

Aktivace

Mechanismus aktivace NLRP1 je stále nejasný, ale Reed a kol. navrhli, že by se mohlo jednat o dvoukrokový proces obsahující aktivaci mikkrobiálními ligandy následovanou vazbou rNTP na doménu vázající nukleotidy (NLRP1) [12] Bylo ukázáno, že NLRP1 způsobuje senzitivitu makrofágů k toxinu antraxu, z čehož lze usuzovat o roli bakterialních toxinů v indukci inflamazómu. Aktivita NLRP1 je regulována antiapoptotickým proteinem Bcl-2 a Bcl-x(L), které asocijují s NLRP1 a inhibují jeho aktivitu.

NLRP3

Struktura

NLRP3 obsahuje kromě NBD a LRR domén PYD doménu, stejně jako NLRP1, a tudíž aktivuje kaspázu 1 tímtéž způsobem (pomocí PYD a ASC). V jedné buňce se formuje pouze jeden oligomer tvořený sedmi NLRP1 molekulami. Je největším známým inflamazómem ze všech, má okolo 2 µm v průměru..[13]

Aktivace

Aktivace oligomerizace NLRP3 může být spuštěna velkým počtem podnětů, z čehož vycházejí studie jeho aktivačních drah. Ukázalo se, že jeho aktivita je indukována nebo zvětšována nízkou koncentrací intracelulárního draslíku,[14] viry (influenza A) [15] a Neisseria gonorrhoaeae,[16] bakteriálními toxiny (nigericin, maitotoxin)[17] a zvláště krystalickými endogenními moekulami. Krystaly cholesterolu a urátu sodného zvyšují pomocí NLRP3 indukovanou produkci IL-1β.[18] Předpokládá se, že tento proces je zastaven při ateroskleróze a dně, kdy se tyto krystaly tvoří v buňce. Bylo také ukázáno, že anorganické částice, jako např. oxid titaničitý, oxid křemičitý nebo azbest vyvolávají iflamazazómovou odpověď.[19] Toxiny, které proděraví buněčnou membránu a pannexin-1 aktivovaný pomocí ATP mohou zapříčinit vtok K+ iontů a toxinů do buňky a přímo aktivovat NLRP3.[13]

NLRC4

Struktura

NLRC4 (také známý jako IPAF) je jediný z podskupiny NLRC rodiny, který tvoří inflamazómm pomocí CARD domény spolu s NBD a LRR, které používá k přímé vazbě prokaspázy 1.

Aktivace

NLRC4 je aktivován bakteriemi, řada z nich byla identifikována ve studiích na myších makrofágových kulturách: Salmonella typhimurium,[20] Legionella pneumophila [21] a Pseudomonas aeruginos.[22] Aktivační proces způsobený bakteriemi není objasněn, ale předpokládá se, že vyžaduje sekreční systém typu 3 nebo 4 iniciovaný bakteriálním flagelinem, který vstupuje do buňky skrze membránu a tam aktivuje NLRC4.[23]

AIM2

Protein indukující interferon AIM2 je také znám pod názvem absent in melanoma 2.

Struktura

AIM2 nepatří do rodiny NLR, Je to protein o délce 343 aminokyselin, s N-koncovou DAPIN (nebo pyrin) doménou (1-87 aminokyseliny) a C-koncovou HIN-200 doménou (138-337 aminokyseliny), která má dvě vazebná místa pro oligonukleotidy http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene?Db=gene&Cmd=ShowDetailView&TermToSearch=9447.

Aktivace

AIM2 je inflamazóm rozpoznávající cizí DNA pomocí HIN200 domény (kódovanáIFI16) připojené k PYD, která je používána pro vazbu adaptorového proteinu ASC při skládání inflamazómu h.[24][25] AIM2 váže dsDNA C-koncovou doménou.[24] PYD doména homotypicky interaguje PYD-PYD interakcí s ASC. ASC CARD doména nabírá prokaspázu-1 do komplexu. Kaspáza 1 aktivuje zrání prozánětlivých cytokinů (IL-1b, IL18). AIM2 je aktivováno virovoum bakteriální a také hostitelskou aberantní dsDNA http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7237/full/nature07725.html. Předpokládá se, že aktivace AIM2 hraje roli v autoimunitním onemocnění systémový lupus erythematodes.

Reference

  1. ↑ MARTINON, Fabio; BURNS, Kimberly; TSCHOPP, Jürg. The Inflammasome. S. 417–426. Molecular Cell [online]. 2002-08. Roč. 10, čís. 2, s. 417–426. Dostupné online. DOI 10.1016/S1097-2765(02)00599-3. (anglicky) 
  2. ↑ Hornung V, Ablasser A, Charrel-Dennis M, Bauernfeind F, Horvath G, Caffrey DR, Latz E, Fitzgerald KA. (2009). "AIM2 recognizes cytosolic dsDNA and forms a caspase-1-activating inflammasome with ASC.". Nature 458 (7237): 514–8.doi:10.1038/nature07725. PMC 2726264.PMID 19158675
  3. ↑ Yamin TT, Ayala JM, Miller DK. (1996). "Activation of the native 45-kDa precursor form of interleukin-1 converting enzyme.". J Biol Chem 271 (22): 13273–13282. doi:10.1074/jbc.271.22.13273. PMID 8662843.
  4. ↑ Gu Y, Kuida K, Tsutsui H, Ku G, Hsiao K, Fleming MA, Hayashi N, Higashino K, Okamura H, Nakanishi K, Kurimoto M, Tanimoto T, Flavell RA, Sato V, Harding MW, Livingston DJ, Su MS. (1997). "Activation of interferon-gamma inducing factor mediated by interleukin-1beta converting enzyme.". Science 275(5297): 206–209. doi:10.1126/science.275.5297.206.PMID 8999548.
  5. ↑ Cayrol C, Girard JP. (2009). "The IL-1-like cytokine IL-33 is inactivated after maturation by caspase-1.". Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (22): 9021–6.doi:10.1073/pnas.0812690106. PMC 2690027.PMID 19439663.
  6. ↑ Fink SL, Cookson BT. (2006). "Caspase-1-dependent pore formation during pyroptosis leads to osmotic lysis of infected host macrophages.". Cell Microbiol. 8 (11): 1812–25. doi:10.1111/j.1462-5822.2006.00751.x.PMID 16824040.
  7. ↑ Shao W, Yeretssian G, Doiron K, Hussain SN, Saleh M. (2007). "The caspase-1 digestome identifies the glycolysis pathway as a target during infection and septic shock.". J Biol Chem. 282 (50): 36321–9.doi:10.1074/jbc.M708182200. PMID 17959595.
  8. ↑ Gurcel L, Abrami L, Girardin S, Tschopp J, van der Goot FG. (2006). "Caspase-1 activation of lipid metabolic pathways in response to bacterial pore-forming toxins promotes cell survival.". Cell 126 (6): 1135–45. doi:10.1016/j.cell.2006.07.033.PMID 16990137.
  9. ↑ Keller M, Rüegg A, Werner S, Beer HD. (2008). "Active caspase-1 is a regulator of unconventional protein secretion.". Cell 132 (5): 818–31.doi:10.1016/j.cell.2007.12.040. PMID 18329368.
  10. ↑ Ye Z, Lich JD, Moore CB, Duncan JA, Williams KL, Ting JP. (2008). "ATP binding by monarch-1/NLRP12 is critical for its inhibitory function.". Mol Cell Biol. 28(5): 1841–50. doi:10.1128/MCB.01468-07.PMC 2258772. PMID 18160710.
  11. ↑ Boyden ED, Dietrich WF. (2006). "Nalp1b controls mouse macrophage susceptibility to anthrax lethal toxin.". Nat. Genet. 38 (2): 240–4.doi:10.1038/ng1724. PMID 16429160.
  12. ↑ Faustin B, Lartigue L, Bruey JM, Luciano F, Sergienko E, Bailly-Maitre B, Volkmann N, Hanein D, Rouiller I, Reed JC. (2007). "Reconstituted NALP1 inflammasome reveals two-step mechanism of caspase-1 activation.". Mol Cell Biol. 25 (5): 713–24.doi:10.1016/j.molcel.2007.01.032. PMID 17349957 .
  13. ↑ a b Stutz A, Golenbock DT, Latz E. (2009)."Inflammasomes: too big to miss.". J Clin Invest 119(12): 3502–3511. doi:10.1172/JCI40599.PMC 2786809. PMID 19955661.
  14. ↑ Pétrilli V, Papin S, Dostert C, Mayor A, Martinon F, Tschopp J. (2007). "Activation of the NALP3 inflammasome is triggered by low intracellular potassium concentration.". Nature 14 (9): 1583–9.doi:10.1038/sj.cdd.4402195. PMID 17599094.
  15. ↑ Thomas PG, Dash P, Aldridge JR Jr, Ellebedy AH, Reynolds C, Funk AJ, Martin WJ, Lamkanfi M, Webby RJ, Boyd KL, Doherty PC, Kanneganti TD. (2009). "The intracellular sensor NLRP3 mediates key innate and healing responses to influenza A virus via the regulation of caspase-1.". Immunity 30 (4): 566–75.doi:10.1016/j.immuni.2009.02.006. PMC 2765464.PMID 19362023.
  16. ↑ Duncan JA, Gao X, Huang MT, O'Connor BP, Thomas CE, Willingham SB, Bergstralh DT, Jarvis GA, Sparling PF, Ting JP. (2009). "Neisseria gonorrhoeae activates the proteinase cathepsin B to mediate the signaling activities of the NLRP3 and ASC-containing inflammasome.". J Immunol. 182 (10): 6460–9.doi:10.4049/jimmunol.0802696. PMC 2722440.PMID 19414800.
  17. ↑ Mariathasan S, Newton K, Monack D, Vucic D, French D, Lee W, Roose-Girma M, Erickson S, Dixit V (2004). "Differential activation of the inflammasome by caspase-1 adaptors ASC and Ipaf". Nature 430 (6996): 213–8. doi:10.1038/nature02664. PMID 15190255.
  18. ↑ Martinon F, Pétrilli V, Mayor A, Tardivel A, Tschopp J. (2006). "Gout-associated uric acid crystals activate the NALP3 inflammasome.". Nature 440 (7081): 237–41. doi:10.1038/nature04516. PMID 16407889.
  19. ↑ Yazdi AS, Guarda G, Riteau N, Drexler SK, Tardivel A, Couillin I, Tschopp J. (Nov 2010)."Nanoparticles activate the NLR pyrin domain containing 3 (Nlrp3) inflammasome and cause pulmonary inflammation through release of IL-1α and IL-1β.". Proc Natl Acad Sci U S A 107 (45): 19449–19454. doi:10.1073/pnas.1008155107.PMC 2984140. PMID 20974980.
  20. ↑ Lara-Tejero M, Sutterwala FS, Ogura Y, Grant EP, Bertin J, Coyle AJ, Flavell RA, Galán JE. (2006). "Role of the caspase-1 inflammasome in Salmonella typhimurium pathogenesis.". J Exp Med. 203 (6): 1407–12. doi:10.1084/jem.20060206. PMC 2118315.PMID 16717117.
  21. ↑ Amer A, Franchi L, Kanneganti TD, Body-Malapel M, Ozören N, Brady G, Meshinchi S, Jagirdar R, Gewirtz A, Akira S, Núñez G. (2006). "Regulation of Legionella phagosome maturation and infection through flagellin and host Ipaf.". J Biol Chem 281 (12): 35217–35223.doi:10.1074/jbc.M604933200. PMID 16984919.
  22. ↑ Franchi L, Stoolman J, Kanneganti TD, Verma A, Ramphal R, Núñez G. (2007). "Critical role for Ipaf in Pseudomonas aeruginosa-induced caspase-1 activation.". Eur J Immunol. 37 (11): 3030–9.doi:10.1002/eji.200737532. PMID 17935074.
  23. ↑ Franchi L, Amer A, Body-Malapel M, Kanneganti TD, Ozören N, Jagirdar R, Inohara N, Vandenabeele P, Bertin J, Coyle A, Grant EP, Núñez G. (2006). "Cytosolic flagellin requires Ipaf for activation of caspase-1 and interleukin 1beta in salmonella-infected macrophages.". Nat Immunol. 7 (6): 576–82.doi:10.1038/ni1346. PMID 16648852.
  24. ↑ a b BÜRCKSTÜMMER, Tilmann; BAUMANN, Christoph; BLÜML, Stephan; DIXIT, Evelyn; DÜRNBERGER, Gerhard; JAHN, Hannah; PLANYAVSKY, Melanie. An orthogonal proteomic-genomic screen identifies AIM2 as a cytoplasmic DNA sensor for the inflammasome. S. 266–272. Nature Immunology [online]. 2009-03. Roč. 10, čís. 3, s. 266–272. Dostupné online. DOI 10.1038/ni.1702. (anglicky) 
  25. ↑ FERNANDES-ALNEMRI, Teresa; YU, Je-Wook; DATTA, Pinaki; WU, Jianghong; ALNEMRI, Emad S. AIM2 activates the inflammasome and cell death in response to cytoplasmic DNA. S. 509–513. Nature [online]. 2009-03. Roč. 458, čís. 7237, s. 509–513. Dostupné online. DOI 10.1038/nature07710. (anglicky) 

Externí odkazy