Capitolul 1: Rolul inflamazomilor în glomerulonefrită

Pentru mai multe informatii. a lua legaturatina.xiang@wecistanche.com

Abstract: Theinflamazomeste un complex imunitar multiproteic care activează pro-caspaza 1 ca răspuns la stimuli care induc inflamația și duce la producerea de citokine proinflamatorii IL-1 și IL{-18. NLRP1 și NLRP3inflammazomii sunt cei mai bine caracterizați și au fost legați de mai multe boli autoimune. Este bine cunoscut faptul că rinichiul exprimă gene inflamazome, care pot influența dezvoltarea unoraglomerulonefrita, cum ar fi nefrita lupică, glomerulonefrita ANCA, nefropatia IgA și nefropatia anti-GBM. Polimorfismele acestor gene au fost, de asemenea, descrise a juca un rol în autoimune șiboli de rinichi. În această revizuire, descriem principalele caracteristici, mecanismele de activare, reglarea și funcțiile diferiților inflamazomi. Mai mult, discutăm cele mai recente descoperiri privind rolul inflamazomului în mai multe glomerulonefrite din trei puncte de vedere diferite: studii in vitro, animale și umane.

Cuvinte cheie: inflamazom; NLRP3; glomerulonefrită; imunitatea înnăscută

Faceți clic aici pentru a afla despre beneficiile extractului de cistanche tubulosa

1. Inflamazomul

Sistemul imunitar este compus din două brațe, imunitatea înnăscută și adaptivă, care sunt responsabile atât pentru imunitatea imediată, cât și pe termen lung față de antigenele patogeni și nederivați de patogeni. Imunitatea înnăscută detectează infecții, modificări ale homeostaziei celulare și leziuni tisulare, generând ulteriorinflamaţie, repararea țesuturilor și restabilirea echilibrului homeostatic. Aceste efecte sunt promovate de recunoașterea modelelor moleculare asociate patogenului (PAMP) și a modelelor moleculare asociate leziunilor (DAMP). PAMP-urile și DAMP-urile se leagă de receptorii de recunoaștere a modelelor, care includ receptorii Toll-like (TLR), receptorii citoplasmatici NOD-like (NLR) și sunt absenți în receptorii 2-de tip melanom (AIM2). Studiile anterioare au demonstrat rolul mai multor membri ai familiei NLR în formarea inflamazomilor, complexe multiproteice capabile să recunoască stimulii inductori de inflamație. Aceste complexe activează pro-caspaza-1, care este responsabilă de scindarea mai multor substraturi, în principal citokinele proinflamatorii IL-1 și IL-18. Eliberarea acestor citokine de către inflamazom poate fi realizată și printr-o formă inflamatorie de moarte celulară programată numită piroptoză [4]. Prin urmare, activarea inflamazomului dezvoltă o activitate imunitară înnăscută ca răspuns la infecția tisulară. Stimulul neinfecțios poate activa și inflamazomul. Deși inflamazomii pot fi activați de mulți membri ai familiei NLR, această revizuire se va concentra în principal pe inflamazomul NLRP3 și pe NLRP1, NLRC4 și pe proteinele absente în melanomul 2 (AIM2) (Figura la), de asemenea importante în multeboli ale sistemului imunitar. În plus, va fi revizuit rolul acestor complexe în diferite glomerulonefrite.

Figura 1. Structura inflamazomului și mecanismul de activare. (a) Reprezentarea schematică a ansamblului inflamazomului NLRP3 și confirmarea detaliată a schelei NLRP3, a proteinei de tip speck de apoptoză adaptor (ASC) și a procaspazei efectoare -1. (b) Structura NLRP1, NLRP3, NLRC4 și AIM2 care participă la formarea inflamazomilor principali. Membrii familiei NLR (NLRP1, NLRP3, NLRC4) conțin repetiții bogate în leucină (LRR) și un domeniu central de legare a nucleotidelor (NBD). Domeniul PYD N-terminal este prezent în membrii subfamiliei NLRP, în timp ce NLRC4 prezintă un domeniu CARD. NLRP1 conține, de asemenea, o extensie C-terminal care conține un domeniu de funcție de găsire (FIIND) și un domeniu CARD. AIM2 este compus dintr-un domeniu PYD N-terminal și un domeniu C-terminal HIN (localizare hematopoietică, inductabilă de interferon și nuclear). (c) Căile de activare NLRP3 și funcțiile efectoare. Ansamblul inflamazomului NLRP3 poate fi declanșat în mai multe moduri: detectarea PAMP-urilor și a DAMP-urilor prin intermediul PRR-urilor, stimularea citokinelor prin receptorul IL-1 (IL{-1R) sau prin legătura TNF cu receptorii TNFR1 ale factorului de necroză tumorală (TNF) și TNFR2. Aceste elemente declanșează transcrierea NF-kB, care promovează transcrierea genelor NLRP3 și IL1B; acesta este primul semnal sau amorsare. Al doilea semnal sau activare poate fi produs de flux ionic, eflux K, Ca2 plus influx, influx Nat și eflux Cl, specii reactive de oxigen (ROS) și disfuncție mitocondrială sau deteriorare lizozomală. Ansamblul inflamazomului NLRP3 provoacă maturarea proteolitică a citokinelor IL-1 și IL-18, care participă, de asemenea, la dezvoltarea autoimunității și la piroptoză prin acțiunea gasderminei-D. Răspunsul primar de diferențiere a proteinelor mieloide 88, MyD88; kinaza de reglare a semnalului apoptozei, ASK; kinaze interleukinei 1 kinaza asociată receptorului, IRAK; caspază-8, CASP8; Proteina asociată cu Fas cu domeniul morții, FADD; purinoceptor P2X 7, P2X7R; melastatină potențial receptor tranzitoriu, TRPM; potențial receptor tranzitoriu vaniloid, TRPV. Figura 1 a fost creată cu BioRender.com.

2. Inflamazomii din familia NLR

Familia NLR cuprinde 23 de gene umane. Membrii acestei familii prezintă elemente structurale comune: seria C-terminală de repetiții bogate în leucină (LRR) și domenii centrale de legare a nucleotidelor (NBD), o componentă a domeniului mai mare NACHT. În plus, membrii familiei NLR pot fi împărțiți în diferite subfamilii în funcție de domeniul lor efector N-terminal: domeniul de activare și recrutare a caspazei (CARD), inhibitorul baculovirusului de repetare a proteinei apoptozei (BIR) sau domeniul pirinei (PYD). Subfamiliile NLRP și NLRC sunt cele mai importante, prima fiind cea mai bine caracterizată subfamilie de NLR. Membrii subfamiliei NLRP au domenii PYD la N-terminalul lor, în timp ce proteinele NLRC au unul sau mai multe domenii CARD [8-10]. Membrii familiei NLR NLRP1, NLRP3 și NLRC4 au fost cei mai bine studiati în formarea inflamazomului.

2.1.Subfamilia NLRP

Subfamilia NLRP este compusă din 14 membri în genomul uman, plus 3 paralogi la șoareci fiind NLRP1(NALP1/CARD7) primul care a fost descris în formarea inflamazomilor. Structura sa constă dintr-un PYD N-terminal urmat de un domeniu NACHT și LRR. Acest lucru este, de asemenea, contribuit de o extensie C-terminal care conține un domeniu de funcție de găsire (FIIND), care procesează automat NLRP1 în două lanțuri polipeptidice și un domeniu CARD, care duce la activarea caspazei-1 și la consecința pro -eliberare inflamatorie de citokine. S-a raportat că mutațiile NLRP1 pot juca un rol în bolile inflamatorii precum psoriazisul [15], artrita reumatoidă (RA)[16] sau în lupusul eritematos sistemic (LES).

Inflamazomul NLRP3 (Cryopyrin/Nalp3/Cias1/Pypaf1) este cel mai larg studiat și este singurul membru cunoscut care este activat de numeroase semnale inflamatorii patogene și sterile. În plus, NLRP3 joacă un rol în reglarea producției de IL-1 la macrofage [18,19]. NLRP3 este compus din schela NLRP3, o proteină de tip apoptoză adaptor (ASC) și procaspaza efectoră-1. Interacționează cu ASC prin interacțiunile homotipice PYD-PYD pentru a promova formarea inflamazomului prin recrutarea și activarea procaspazei-1 pentru a genera caspaza activă-1(Figura lb). Această proteină efectoră duce la conversia precursorilor de citokine pro-IL-1 și pro-IL{-18 în IL-1 și IL-18 mature și biologic active. Principala atenție acordată inflamazomului NLRP3 s-a datorat în special implicării sale în patogeneza mai multor boli inflamatorii umane, în special sindroamele periodice asociate cu criopirină (CAPS)[21]. Concentrându-se pe rolul său critic în reglarea inflamației, inflamazomul NLRP3 ar putea fi de mare importanță pentru terapiile care vizează inflamația.

2.2. Subfamilia IPAF-NAIP

Elementul său cel mai bine studiat, NLRC4(IPAF/CARD12), a fost anterior caracterizat ca un factor de activare a proteazei ICE (IPAF) în ceea ce privește capacitatea sa de a activa caspaza-1. Cu toate acestea, studiile posterioare au plasat în mod clar structura sa de domeniu în familia NLR și, deoarece poseda un domeniu CARD, a fost redenumit NLRC4. Domeniul CARD îi permite să se lege direct de CARD-ul caspazei-1 fără participarea ASC [24]. Cu toate acestea, NLRC4 este capabil să se lege de ASC și să activeze eficient caspaza-1, precum și caspaza-8 și caspaza apoptotică.

NLRC5 este un inflamazom mai puțin cunoscut care leagă atât răspunsurile imune înnăscute, cât și cele adaptive prin reglarea expresiei clasei I a complexului major de histocompatibilitate (MHC). Este exprimat în macrofage, celule dendritice, celule T, celule B și fibroblaste [27]. Mai mult, o interacțiune observată cu inflamazomul NLRP3 părea să aibă un efect sinergic asupra clivajului IL-1, astfel încât poate modula pozitiv activarea inflamazomului NLRP3 [28]. Prin urmare, NLRC5 ar putea forma un inflamazom funcțional, dar sunt necesare mai multe studii pentru a cunoaște funcția sa fiziologică mai precis.

În plus, NOD1 este membrul fondator al familiei NLR și, împreună cu NOD2, au fost primii NLR identificați ca senzori pentru PAMP-uri [29]. Receptorii NOD1(NLRC1) și NOD2(NLRC2) pot activa NF-kB și pot duce la producerea de citokine inflamatorii. Cu toate acestea, ele nu au fost descrise pentru a forma un complex inflamazom.

3. Inflamazomii din familia non-NLR

Recent, alți inflamazomi care nu aparțin familiei NLR au fost descriși pe scară largă, cum ar fi proteinele absente în melanomul 2 (AIM2) și inflamazomii pirinei. AIM2 a fost descris ca un senzor capabil să declanșeze activarea inflamazomului, piroptoza și eliberarea IL-1 și IL{-18 ca răspuns la detectarea ADN-ului dublu catenar (dsDNA) administrat intracelular [31]. AIM2 este un membru al familiei de proteine ​​ALR, compus dintr-un domeniu PYD N-terminal și un domeniu HIN (hematopoietic, inductibil de interferon și localizare nucleară) C-terminal. Mai mult, reglează negativ inflamația și răspunsurile interferonului de tip I (IFN) independent de funcția sa inflamazoma [33]. Diferite studii au elucidat o legătură între creșterea expresiei AIM2 și mai multe boli umane, cum ar fi ateroscleroza, bolile de piele și boala cronică de rinichi.

4. Mecanisme de activare a inflamazomului NLRP3

Inflamazomul poate fi înțeles ca un element cu două fețe și reglează infecția cu patogeni, dar atunci când răspunsul imun declanșat nu este strâns reglat, poate fi implicat în patologii precum CAPS și tulburări autoinflamatorii [21]. Inflamazomii pot recunoaște o mare varietate de stimuli endogeni sau exogeni, sterili sau infecțioși în interiorul celulei (PAMP și DAMP), care declanșează asamblarea și activarea acesteia. Acest proces poate fi explicat luând în considerare senzorii din amonte care recunosc semnalele de activare, adaptoarele și efectorii din aval ]35. Infezabilitatea interacțiunii directe între NLRP3 și această diversitate de stimuli a condus la un eveniment celular care produce o schimbare conformațională în NLRP3, transformându-l într-o formă activă. Cu toate acestea, nu există un mecanism unic pentru activarea inflamazomului NLRP3 36]. Activarea NLRP3 poate fi declanșată de detectarea PAMP-urilor și a DAMP-urilor prin intermediul PRR-urilor, cum ar fi TLR-urile și NLR-urile, prin stimularea citokinelor prin receptorul IL-1 (IL-1R) sau prin legătura TNF cu factorul de necroză tumorală (TNF). )receptorii TNFR1 și TNFR2 [37]. Mai mult, există mediatori care facilitează transducția semnalului acestor receptori: răspunsul primar de diferențiere mieloidă a proteinei adaptoare 88(MyD88), kinaza de reglare a semnalului apoptozei (ASK)1 și ASK2, kinaza asociată receptorului interleukinei 1 (IRAK)1 și IRAK4, caspaza-8(CASP8), proteina asociată cu Fas cu domeniul morții (FADD), proteina care leagă ubiquitina SHARPIN și proteina care interacționează cu TRAF cu domeniul asociat cu capul de furcă (TIFA). Toate aceste elemente declanșează transcripția NF-kB, care promovează transcrierea genelor NLRP3 și IL1B, abilitand celula pentru a răspunde la activatorii NLRP3.

Activarea inflamazomului NLRP3 în macrofage este un proces în două etape, prin urmare necesită un semnal de amorsare. În procesul de amorsare, un stimul neactivator determină expresia transcripțională a principalelor componente ale inflamazomului, acesta fiind primul hit'. Al doilea stimul sau „a doua lovitură” agravează activitatea funcțională a inflamazomului NLRP3 [39]. Activarea NLRP3inflammazomului poate fi produsă de diferiți stimuli, inclusiv fluxul ionic, K plus eflux, Ca2 plus influx, Na plus influx și eflux Cl-, specii reactive de oxigen (ROS) și disfuncție mitocondrială sau deteriorare lizozomală. Canalele de eflux K plus P2X purinoceptor 7(P2X7R) participă la acest tip de activare a inflamazomului. Alte canale de Ca2 plus rezidente în membrană plasmatică, și anume melastatină potențial receptor tranzitoriu 2 (TRPM2), TRPM7 și vaniloid potențial receptor tranzitoriu 2 (TRPV2), pot duce la un influx de Ca2 plus în citosol [21] (Figura lc). Mitocondriile reglează homeostazia și răspund la modificările intracelulare K plus și ROS, ducând la disfuncție mitocondrială și apoptoză. În plus, semnalizarea apoptotică mitocondrială stimulată de NF-kB determină producerea de IL-1. ADN-ul mitocondrial oxidat este eliberat ca o consecință a disfuncției mitocondriale și a apoptozei și activează direct inflamazomul NLRP3 [40-42].

În afară de activarea inflamazomului canonic al NLR-ASC-caspaze-1, există și un inflamazom necanonic caracterizat prin activarea sa prin caspaza-1l la șoareci cu caspaza-4}/ 5. Caspaza-11 recunoaște lipopolizaharida (LPS) transfectată în citosol de la bacteriile Gram-negative, legându-se direct la domeniul său CARD. Inițiază maturarea proteolitică a IL-1, precum și moartea celulelor piroptotice într-o manieră dependentă de GSDMD [35,43]. Activarea necanonică a inflamazomului de către o componentă a LPS a fost demonstrată într-un studiu anterior în care șoarecii lipsiți de caspaza-1l au fost rezistenți la letalitatea indusă de LPS, chiar și în prezența TLR4 [44]. Cu toate acestea, din inflamazomii canonici și necanonici, a fost observată o cale alternativă de activare a inflamazomilor. Nu necesită K plus eflux, inducerea formării de pete ASC sau care duce la piroptoză ulterioară și a fost răspândită prin semnalizarea TLR{{4-TRIF-RIPK1-FADD-CASP8 în amonte de NLRP3.

Inflamazomul NLRP3 poate fi reglat la nivel post-transcripțional și post-translațional. La nivel post-transcripțional, factorii epigenetici, cum ar fi metilarea ADN-ului și acetilarea histonelor, pot regla expresia ARNm NLRP3 ca răspuns la infecția cu Mycobacterium tuberculosis. Dereglarea mecanismelor epigenetice ar putea contribui la dezvoltarea patologică a sindroamelor autoinflamatorii prin suprareglarea expresiei componentelor inflamazomului. MicroARN-urile sunt, de asemenea, studiate ca regulatori post-transcripționali ai inflamazomilor NLRP3 (miR-223, miR-133a, miR-7, miR{-30e..)[35,47] . Activarea inflamazomului NLRP3 poate fi, de asemenea, reglată prin modificări post-translaționale, în principal fosforilare și ubiquitinare. Aceste modificări sunt adesea legate între ele. Ele pot provoca diferite sorti asupra proteinei NLRP3, inclusiv modificarea rețelelor de proteine ​​care interacționează, traficul, schimbarea localizării subcelulare, activarea/inhibarea activității enzimatice și degradarea proteazomală, lizozomală sau autofagică [48]. De fapt, un studiu recent a arătat că fosforilarea NLRP3 în domeniul său LRR poate regla ansamblul inflamazomului.

5. Funcții efectoare inflamazomale

După cum sa menționat anterior, inflamazomii joacă un rol crucial în sistemul imunitar înnăscut prin capacitatea lor de a controla activarea enzimei proteolitice caspaza-1, care duce la maturarea proteolitică a citokinelor proinflamatorii IL-1 și IL{ {2}}, precum și moartea celulelor prin piroptoză [50]. IL-1 matur se leagă de IL-1R, promovând heterodimerizarea receptorului și recrutarea ulterioară a componentelor precum MyD88. IL-1 conduce la eliberarea altor citokine, cum ar fi IL-1, IL-6 și TNF- precum și la alți factori care controlează creșterea și diferențierea celulelor imune. IL-18 participă la multe căi fiziologice. Un nivel mai ridicat de IL-18 poate provoca sindroame metabolice. De exemplu, inflamația cronică generată în țesuturile adipoase poate duce la rezistență la insulină și diabet zaharat de tip 2.

Un alt proces important efectuat de inflamazomi este o formă litică de moarte celulară programată numită piroptoză. Atât semnalizarea inflamasomului canonic, recrutarea caspazei-1, cât și inflamazomul necanonic, prin caspază-4, caspaza-5(la om) și caspaza-11 (la șoareci), pot declanșa piroptoza. Se caracterizează prin umflarea celulelor, liza membranelor și eliberarea de compuși inflamatori în spațiul extracelular, cum ar fi IL-1, IL-6 și IL-18. Studiile anterioare au arătat că mințile, un grup de proteine ​​efectoare care formează pori, pot juca piroptoză inflamatorie indusă de caspaze, fiind domeniul N-terminal al gasderminei-D suficient pentru a declanșa procesul. În plus, apoptoza-8-dependentă de caspază este o cale suplimentară care rezultă din activarea inflamazomului. Inflamazomii AIM2 și NLRP3 au prezentat forme scindate de caspază apicală-8 și caspază de călău-3, ca răspuns la ADN-ul citosolic și, respectiv, nigericină. Procesul a avut loc independent de caspază-1, dar a depins de adaptorul inflamazom ASC. Interesant, un studiu recent a descris capacitatea proteinei de legare a ADN-ului Z 1 (ZBP1), un senzor imunitar înnăscut capabil să activeze moartea celulelor sub formă de piroptoză, apoptoză și necroptoză (PANoptoză) împreună cu inflamazomul NLRP3.

În timp ce funcțiile efectoare au fost studiate pe scară largă, există mai multe roluri suplimentare ale complexelor inflamazomice care au fost mai puțin caracterizate. IL-1 este o proteină citoplasmatică fără lider ale cărei mecanisme de secreție sunt slab definite. S-a arătat un mecanism independent de reticul endoplasmatic (ER)/Golgi, numit „secreție neconvențională de proteine, care depindea de activarea caspazei-1. Cu toate acestea, mecanismele specifice și componentele moleculare implicate în acest proces sunt neclare. Un alt rol emergent al inflamazomilor este activarea eicosanoizilor, molecule bioactive derivate din lipidele membranare care joacă un rol în procesele homeostatice și patologice. În plus, a fost observată o legătură între activarea inflamazomului și autofagie, precum și reglarea maturării fagozomului.

6. Rolul inflamazomului în imunitatea adaptivă și autoimunitatea

Producția de citokine proinflamatorii este critică pentru un răspuns înnăscut eficient, precum și pentru un mecanism prin care sistemul imunitar înnăscut influențează dezvoltarea ulterioară a unui răspuns imun adaptativ. După cum este bine cunoscut, inflamazomii sunt componente ale sistemului imunitar înnăscut care produc citokinele proinflamatorii IL-1 și IL-18 și conduc diferențierea liniilor specifice de celule T helper (Th1, Th2, Th17 și celulele T reglatoare), care sunt principalii jucători în imunitatea adaptivă [60]. Pe de altă parte, o activare aberantă a inflamazomului este responsabilă pentru dezvoltarea CAPS, precum și alte boli comune, cum ar fi tulburările metabolice, bolile legate de cristale și bolile autoimune. Inflamația este, de asemenea, esențială în multe boli renale, inclusiv leziunea renală acută (AKI) și boala renală cronică (CKD). Deși sistemul imunitar înnăscut este întotdeauna implicat, în aceste condiții, imunitatea adaptativă joacă rolul principal.

În ceea ce privește bolile autoimune, acestea se caracterizează prin celule autoreactive și supraproducția de autoanticorpi, produsă din cauza lipsei de toleranță imunologică și a răspunsurilor imune autoreactive aberante. Patogenia bolilor autoimune rămâne de clarificat, dar s-a demonstrat că este implicată aberația în imunitatea înnăscută și adaptativă. Inflamazomul NLRP3 a fost recent legat de recunoașterea semnalului imun înnăscut și inducerea răspunsurilor imune autoreactive, fiind probabil un punct de control în imunitatea înnăscută pentru a provoca imunitatea adaptativă distorsionată [62,63]. Prin urmare, cum poate afecta funcția inflamazomului NLRP3 dezvoltarea bolilor autoimune? Citokinele eliberate de inflamazom, în special IL-1, produc un efect inflamator care promovează dezvoltarea majorității bolilor autoimune, inclusiv RA și boala inflamatorie intestinală. În plus, inflamazomul NLRP3 este, de asemenea, responsabil pentru bolile autoimune din cauza unei disfuncții imune adaptative. IL-1 mediază proliferarea celulelor T, astfel încât poate promova celulele T autoreactive pentru a provoca moartea celulelor b [63,66]. Inflamazomul NLRP3 promovează diferențierea Th1 în RA, indusă de IL-1 într-o manieră dependentă de caspază-1-și poate, de asemenea, induce diferențierea și polarizarea celulelor Th2, Th17 și dendritice în alte boli autoimune [63, 67]. Celulele Th17 pot produce citokine proinflamatorii și anume IL-17A, IL{-17F, IL{-21 și IL{-22, în timp ce celulele Th1 secretă IFN-, indus de IL{{{ 26}}, iar toți acești factori contribuie la dezvoltarea autoimunității. În plus, bolile autoimune pot fi promovate prin piroptoză, ducând la eliberarea de resturi celulare și reacția acestuia cu celulele imune, declanșând inflamația.

Într-adevăr, polimorfismele multiple în genele inflamazomului au fost asociate cu susceptibilitatea și dezvoltarea bolilor autoimune. De exemplu, variantele rare de creștere a funcției pot fi implicate în bolile inflamatorii ereditare, caracterizate prin producerea necontrolată de IL-1 și/sau IL-18, numite inflamasomopatii. Mutațiile din NLRP3 sunt inflamasomopatia prototipică, dar au fost descrise și ca boli autoinflamatorii asociate cu mutații care activează inflamazomii NLRP1, NLRC4 și pirin [69,70]. În plus, polimorfismele cu un singur nucleotide (SNP) joacă un rol crucial în bolile autoimune și pot afecta amorsarea inflamazomilor, a unora dintre componentele acestora sau a produselor finale (IL-1, IL{-18).