Tschopp колеги

  • абстрактно
  • факти
  • Отворени въпроси
  • Откриване и молекулярна характеристика на възпалението
  • Молекулни възпалителни регулатори
  • NLRP3 агонисти на възпалението и механизми за активиране
  • Възпаление на кръстосани препратки с вродени и адаптивни имунни пътища
  • Възпаление и метаболитен синдром
  • заключение
  • Терминологичен речник

абстрактно

факти

Tschopp и колегите му откриват възпалителни платформи и описват биохимията и клиничното му значение за периодични свързани със студа синдроми (CAPS) или криопиринопатия, подагра и диабет тип 2.

Tschopp и колеги идентифицират редица възпалителни агонисти, а именно мурамил дипептид (MDP), вирусна ДНК, уронатриев урат (MSU) кристали, азбест, свързан със силициев диоксид хемикозин, стипца и малария.

Tschopp и колегите му показват, че имуносупресивната функция на интерферон тип I е постигната чрез инхибиране на възпалението на NLRP3.

Tschopp et al. Демонстрираха ролята на възпалителното заболяване NLRP3 в метаболитния синдром.

Изследванията на Tschopp доведоха до въвеждането на много клинични изпитвания с възпалителни заболявания, включително CAPS, подагра и диабет тип 2.

Отворени въпроси

Какъв е молекулярният механизъм, който активира пневмонията?

Каква е връзката между пътищата на възпалението и клетъчната смърт и как клетката решава да удари едното, но не и другото?

Въпреки че ролята на възпалението при моногенните възпалителни заболявания е добре установена, каква е неговата роля при по-сложни заболявания и какви са потенциалните терапевтични решения?

Откриване и молекулярна характеристика на възпалението

Човешко семейство NLR и протеини, свързани с пневмония. Има 22 човешки NLR, характеризиращи се с централен нуклеотиден свързващ домен (NB). Семейството NLR може допълнително да бъде класифицирано в четири подсемейства, в зависимост от N-крайния домейн на протеина. Домените CARD и PYD позволяват взаимодействие с каспаза-1 или ASC адаптер, позволявайки да се натрупа възпаление. Рецепторите за разпознаване на образи AIM2 и RIG-I (PRR) също са способни да генерират възпаление.

Изображение в пълен размер

През 2001 г. няколко основни генетични проучвания свързват мутациите в гените на NLR с възпалителни заболявания. Установено е, че мутациите в CARD15/NOD2 са в основата на болестта на Crohn и синдрома на Blau, 7, 8, 9 и мутации в NLRP3, наречени тогава CIAS1 (индуциран от студа автовъзпалителен синдром 1), са идентифицирани при лица със семеен синдром на MuckleWells . (MWS). Тогава белтъкът NLRP3 беше наречен криопирин и подобно на пирин, беше установено, че фамилната средиземноморска треска (FMF) 11 продукт на гена MEFV се експресира предимно в периферни кръвни левкоцити. 10, 11 NLRP3 е установено, че мутира в спектър от наследствени синдроми на периодична треска, които включват фамилна студена уртикария и множество неонатални възпалителни заболявания в допълнение към MWS.

През 2002 г. Martinon et al. 12 описва в пионерско проучване голяма молекулярна платформа, необходима за олигомеризацията и активирането на провъзпалителната протеаза каспаза-1, която те наричат ​​възпалителен тумор (Фигура 2). Използвайки елегантни биохимични подходи, безклетъчни и клетъчни системи, те показаха, че NLRP1 инфламазомата се състои от NLR протеин NLRP1, адаптивния протеин ASC (известен също като PYCARD) и двама членове на подсемейството на възпалителната каспаза, каспази-1 и - 5. Установено е, че изчерпването на ASC уврежда активирането на възпалителната каспаза и блокира съзряването на интерлевкин (IL) -1β след лечение с липополизахарид (LPS), което предполага за първи път, че възпалението е важен елемент на вродената имунна система. 12

Възпаление. Стимулирането на AIM2, RIG-I или NLR чрез неговия сроден агонист насърчава възпалителното активиране и хептамерната олигомеризация. Активната пневмония предизвиква активиране на каспаза-1, което позволява преработката на pro-IL-1β и pro-IL-18 в зрелите им форми.

Изображение в пълен размер

През 2004 г. Tschopp и колеги 13 допълнително демонстрират, че NLRP3, който е мутирал в описаните по-горе авто-възпалителни синдроми и е хомологичен на NLRP1, също образува възпалителен комплекс, съдържащ ASC, протеин кардинал и каспаза-1, съдържащ CARD (но не и каспаза- 5). По-нататък те демонстрираха, че молекулярната основа на възпалителното заболяване NLRP3 е спонтанното и прекомерно производство на активен IL-1β, както се наблюдава при използване на макрофаги от пациенти с MWS.

Изискването за ASC в възпалителна среда е потвърдено през същата година от Dixit и неговите колеги 14, които съобщават за генерирането на мишки с дефицит на Asc и Ipaf (Nlrc4). Това проучване демонстрира, че макрофагите от мишки Asc -/- показват дефектно съзряване на каспаза-1-зависими IL-1β и IL-18 цитокини в отговор на извънклетъчен ATP или инфекция с вътреклетъчен патоген (Salmonella typhimurium). За разлика от това, Nlrc4-нулевите макрофаги реагират напълно на извънклетъчния АТФ, но показват дефектно активиране на пневмония в отговор на S. typhimurium, което предполага известно ниво на специфичност, определено от естеството на ангажирания НЛР. Важно е, че зависимата от каспаза-1 клетъчна смърт, по-късно наричана пироптоза, 15, беше елиминирана в макрофаги без Asc или Nlrc4, осигурявайки молекулярна връзка между възпалението и пътищата на клетъчната смърт.

През 2004 г. също описахме единичен нуклеотиден полиморфизъм във втори член на подсемейството на възпалителната каспаза, а именно CASP12, който го заличава от по-голямата част от човешката популация, но не и от някои африкански потомци. Ние показахме, че експресията на каспаза-12 води до потиснат възпалителен отговор към ендотоксин и е свързана с тежък сепсис в клиниката. 16 Впоследствие показахме, че механизмът, по който този протеин упражнява своите потискащи ефекти при сепсис, е чрез инхибиране на пневмонията. 17

Като цяло, тези първоначални проучвания идентифицират инфламазомния комплекс, дефинират някои от неговите регулаторни механизми и демонстрират, че неговата хиперактивация е основата за патогенезата на автовъзпалителните заболявания, докато регулираната му активност е централна тема на защитата на гостоприемника и защитата срещу сепсис.

Молекулни възпалителни регулатори

Два други важни регулатора на възпалението са 90 KDa топлинен шоков протеин шаперон (HSP90) и неговият ко-шаперон супресор G2 на алела Skp1 (SGT1). Tschopp и сътр. 29 показват, че подобно на регулирането на растителни R протеини (прегледано в Chisholm et al. 1 и Jones and Dangl 2), HSP90 и SGT1 поддържат NLR в стабилна, но активираща компетентна конформация. Резултатът е изчерпване на SGT1 чрез РНК интерференция или химично инхибиране на активирането на възпалителен рак на HSP90. Тази регулаторна функция не се ограничава до членове на подсемейство NLRP NLR, тъй като инхибирането на HSP90 също блокира медиирано от NOD1 активиране на NF-κB, което допълнително свързва защитните механизми на растенията и гостоприемниците на бозайници.

NLRP3 агонисти на възпалението и механизми за активиране

Tschopp и колеги 45 първо демонстрират, че бактериалният пептидогликан мурамил дипептид (MDP) насърчава освобождаването на активен IL-1β при активиране на каспаза-1 от пламъчен мускул независимо от Toll-подобни рецептори. Това беше потвърдено от Reed и колеги 32, които описаха безклетъчната система за възстановяване на NLRP1 инфламазома, при която само MDP, последван от рибонуклеозидни трифосфати, беше достатъчен, за да индуцира образуването на комплекс. Tschopp и сътр. 46 също показват, че аденовирусната макрофагална инфекция, която води до експресия на вирусна ДНК в цитоплазмата, също повлиява възпалението на NLRP3. Интересното е, че тя не е специфична за вирусна ДНК, тъй като бактериалните, бозайниковите и синтетичните dsDNAs могат да активират каспаза-1. 46 Въпреки това не е доказано пряко свързване на ДНК с NLRP3. За разлика от това, втори PYD, съдържащ рецептори за разпознаване на цитозолен модел, а именно протеинът HIN200, отсъстващ в меланома (AIM) 2, е показан по-късно в четири доклада, че се свързва директно с цитозолната ДНК и събира отделно възпаление, състоящо се от AIM2, ASC и каспаза-1 47, 48, 49, 50

Ключова констатация на Tschopp et al.51 е, че възпалението на NLRP3 се активира не само от микробни мотиви, но и от опасни сигнали, които често са свързани със стерилни възпалителни заболявания. В новаторско проучване те съобщават, че свързаните с подагра кристали на пикочна киселина активират възпаление на NLRP3. След стимулация с мононатриев уранат (MSU) е доказано, че човешки и миши макрофаги секретират IL-1β по NLRP3-зависим начин. Това беше демонстрирано по-нататък in vivo, използвайки модел на индуциран от кристал перитонит, с мишки с дефицит на компоненти на възпалителния път, показващи значително намален перитонит. 51

Изображение в пълен размер

Забележително е, че въпреки че някои от агонистите, описани по-горе, по-специално хемозоин и стипца, водят до активиране на инактивация in vitro, това е възможно за отговора на гостоприемника in vivo. Например, каспаза-1 се стимулира от плазмени клетки, паразитирани от червените кръвни клетки (съдържащи хемозоин), но неговата активност се изключва по време на малария, тъй като мишките Casp1 -/- са еквивалентни на мишки от див тип при изчистването на паразита P. chabaudi или при подлагане на berghei -индуцирана церебрална малария. 67, 68. По същия начин, въпреки че беше единодушно, че адювантът на основата на камъни стимулира NLRP3 инламасома in vitro, беше обсъдено дали за каменния адювант е необходимо сигнализиране на NLRP3. Всъщност, въпреки че някои проучвания съобщават за премахване на антиген-реагиращото производство на антитела при мишки без липса на възпалителен лимфом на NLRP3, 55, 57 други откриват частично инхибиране 56 или пълна липса на фенотип. Следователно, резултатите от in vitro активирането на възпалителните клетки трябва да се интерпретират с повишено внимание и да изискват валидиране във физиологичен контекст, за да се определи дали този път е централен елемент на разследвания процес или неговото активиране възниква като странична реакция.

Възпаление на кръстосани препратки с вродени и адаптивни имунни пътища

Вторият регулаторен механизъм на възпалителния път се медиира от IFN тип I. IFN тип I е често срещано лечение за автоимунни и възпалителни разстройства, но неговите механизми на действие са до голяма степен неизвестни. Tschopp et al. 70 наскоро показаха, че IFN тип I инхибира възпалителното активиране и производството на IL-1β чрез двустранен механизъм. От една страна, тип I IFN индуцира производството на IL-10, който по автокринен начин инхибира експресията на гена pro-IL-1 чрез STAT3. От друга страна, тип I IFN е насочен към възпалително сглобяване и активиране на каспаза-1 чрез все още неопределен механизъм. Съответно, макрофагите от мишки 1110r -/- или специфични за миелоид Stat3 -/- мишки показват, че произвеждат повишени нива на pro-IL-1 в сравнение с контролите и индукция на IFN тип I при приложение на PolyI: C е показана при мишки потиска IL. -1 p производство. Освен това е доказано, че потискането на възпалителния отговор води до намалено набиране на IFN от тип I по модел на перитонит и повишена чувствителност към инфекция с Candida albicans. Като цяло тези открития обясняват ефикасността на лечението с IFN тип I при възпалителни заболявания и имуносупресивните ефекти на индукция на IFN тип I след вирусни инфекции.

Инфламасомата е насочена и към адаптивната имунна система, по-специално ефекторни и памет Т-клетки. В модел на NLRP3-зависим перитонит, Tschopp и колеги 71 показват, че антиген-специфичните CD4 + ефекторни Т клетки блокират активирането на каспаза-1 и освобождаването на IL-1β, което води до намалено увеличение на неутрофилите в перитонеума. Това изисква участие на TCR и се медиира от мембранно свързани TNF семейства лиганди като CD40L.

От друга страна, е доказано, че имуногенността на АТФ-освобождаващите умиращи клетки зависи от възпалителната ос на P2RX7-N1rp3. Ghiringhelli et al. 72 елегантно демонстрират, че антрациклините или имуногенните противоракови химиотерапии медиират защитни цитотоксични Т-клетъчни имунни отговори чрез възпалителния път на NLRP3. По-специално, IL-1β е доказано, че е от съществено значение за производството на IFNγ от CD8 + Т клетки и че пътят IL-1β/IL-1R е от съществено значение за успеха на химиотерапията. 72

Взети заедно, тези изследвания поставят възпалението в централния възел на възпалителния процес, който е строго регулиран както от вродени, така и от адаптивни механизми.

Възпаление и метаболитен синдром

Въпреки че възпалението е свързано с T2D, настоящите терапевтични подходи не се основават на противовъзпалителни стратегии. Интересното е, че клинично изпитване за T2D с IL-1R антагонист anakinra показа известни обещания, тъй като anakinra подобрява гликемията и секреторната функция на бета-клетките и намалява маркерите на системно възпаление. 81 Освен това е доказано, че често срещаното антидиабетно лекарство, глибенкламид (известен също като глибурид), което действа чрез инхибиране на АТР-чувствителните калиеви канали, 82 инхибира NLRP3 възпалителния агрегат и активирането на каспаза-1, което предполага, че фармакологичната модулация на инфламазома- IL-1 β оста може да бъде жизнеспособен подход за лечение на T2D. 83 Второто лекарство, най-често използвано за лечение на T2D, е метформин, който действа чрез активиране на AMPK и горната киназа LKB1 (прегледано в Hardie 84), с аргумент, че ефикасността му може да бъде частично медиирана чрез модулиране на възпалителната активност.

заключение

Работата на Jurg Tschopp, свързана с инфламазомата, зароди генезиса на ново поле на имунологията. Визията на Tschopp се простира извън лабораторията, тъй като неговата работа е довела до разработването на ефективни терапии за свързани с възпалителни заболявания и създаване на редица текущи клинични изпитвания. Откриването на Tschopp на инфламазома е спомогнало за свързването на етиологията на свързани с криопирин периодични синдроми (CAPS) с мутации в NLRP3, което води до успешната сега терапия на пациенти с CAPS в клиниката. 87 Откритието му от 2006 г., че кристалите MSU, отложени в ставите на пациенти с подагра, активират инфламазома 51, го кара да проведе пилотно клинично проучване при пациенти с подагрозен артрит, лекувани в продължение на 3 дни с анакинра. 88 Резултатите бяха впечатляващи, тъй като всички пациенти реагираха бързо на анакинра и показаха драстично подобрение без неблагоприятни ефекти. Неговата работа, свързваща инфламазома с метаболитни заболявания, ще повлияе пряко или косвено на много животи, страдащи от затлъстяване и T2D през следващите години. Нашето поле със сигурност е загубило гигант и Юрг Цхоп ще бъде много пропуснат.