RhoGTPases and inflammasomes: Guardians of Effector triggered Immunity

Αφηρημένη

Τα παθογόνα έχουν εξελίξει έξυπνες στρατηγικές για να εισβάλουν στους ξενιστές και να παραβιάσουν τις ανοσολογικές τους αποκρίσεις. Μια τέτοια στρατηγική είναι η στόχευση των RhoGTPases του ξενιστή από τοξίνες ή παράγοντες λοιμογόνου δράσης για να παραβιάσουν τις δυναμικές και ανοσολογικές διεργασίες του κυτταροσκελετού. Σε απάντηση σε αυτή τη μικροβιακή επίθεση, ο ξενιστής έχει αναπτύξει μια κομψή στρατηγική για την παρακολούθηση της λειτουργίας των παραγόντων λοιμογόνου δράσης και των τοξινών ανιχνεύοντας την ανώμαλη δραστηριότητα των RhoGTPases. Αυτή η έμφυτη ανοσολογική στρατηγική ανίχνευσης βακτηριακού τελεστή που στοχεύει τη RhoGTPase φαίνεται να είναι ένα καλόπιστο παράδειγμα ανοσίας που προκαλείται από τελεστές (ETI). Εδώ, εξετάζουμε τους μηχανισμούς που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα με τους οποίους ο ξενιστής μπορεί να αντιληφθεί τη δραστηριότητα αυτών των τοξινών μέσω των υποδοχέων NOD και παρόμοιων με NOD (NLRs).

Είναι πολύ σημαντικό να βελτιώσουμε το ανοσοποιητικό μας στην καθημερινή ζωή. Η μόλυνση από ιό συχνά διαπερνά την άμυνά σας μέσω της πτώσης της ανοσίας. Έτσι, εκτός από την καθημερινή άσκηση, μπορούμε επίσης να λαμβάνουμε συμπληρώματα διατροφής, όπως το εκχύλισμα Cistanche deserticola, το οποίο είναι πλούσιο σε μια ποικιλία από διαφορετικά αμινοξέα, πολυσακχαρίτες και υπεροξειδάσες, που μπορούν να τονώσουν το ανοσοποιητικό σύστημα στο σώμα και να βελτιώσουν το ανοσοποιητικό σύστημα . Η ανοσολογική λειτουργία του οργανισμού. Σύμφωνα με μελέτες σε ανθρώπους, το Cistanche μπορεί επίσης να προστατεύσει τα νεφρά και να διατηρήσει τη νεφρική λειτουργία σταθεροποιώντας τη σπειραματική βασική μεμβράνη, μειώνοντας τον ρυθμό σπειραματικής διήθησης και αναστέλλοντας το σχηματισμό πρωτεΐνης που δεσμεύει τη σεροτονίνη.

Εισαγωγή

Η ανίχνευση μικροβίων από το έμφυτο ανοσοποιητικό σύστημα είναι κεντρικής σημασίας για την ανοσία του ξενιστή. Πρόσφατες μελέτες έχουν επισημάνει τον ρόλο της έμφυτης ανοσολογικής παρακολούθησης της δραστηριότητας των RhoGTPases στην ανίχνευση παραγόντων λοιμογόνου δράσης που στοχεύουν τις RhoGTPases. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την ανίχνευση σχετιζόμενων με μικροβιακά μοριακά μοτίβα (MAMPs) μέσω υποδοχέων αναγνώρισης προτύπων (PRRs) που παρακολουθούν τα δομικά μοτίβα των μικροβίων [1]. Η ανίχνευση των παραγόντων λοιμογόνου δράσης που στοχεύουν τις RhoGTPases βασίζεται στην ανίχνευση της μη φυσιολογικής δραστηριότητας των RhoGTPases-ξενιστή. Αυτό το χαρακτηριστικό σχετίζεται με την ανοσία που προκαλείται από τελεστές (ETI) που προέκυψε αρχικά από φυτοπαθολογικές μελέτες [2,3]. Και τα δύο συστήματα παίζουν κρίσιμους ρόλους: Ενώ η αίσθηση μικροβιακών δομικών μοτίβων που εκφράζονται από τα περισσότερα μικρόβια θα επέτρεπε σε κάποιον να ανιχνεύσει όλα τα είδη μικροβίων, η ανίχνευση παραγόντων μικροβιακής μολυσματικότητας που εκφράζονται από παθογόνα θα επέτρεπε μια αυξημένη ανοσοαπόκριση ειδικά έναντι των παθογόνων.

Το ETI προτάθηκε για την παρακολούθηση της λειτουργίας των παραγόντων μικροβιακής λοιμογόνου δράσης (δηλ. τελεστών και τοξινών) ανιχνεύοντας τη δραστηριότητά τους [3-7]. Τα τελευταία 10 χρόνια, σημαντική συνεισφορά στην ταυτοποίηση της ETI στα ζώα προήλθε από τη μελέτη παραγόντων λοιμογόνου δράσης που στοχεύουν τις RhoGTPases και την αλληλεπίδρασή τους με εγγενείς ανοσιακούς αισθητήρες όπως τα μέλη της οικογένειας NOD και NOD-like υποδοχέων (NLR).

Περισσότεροι από 30 παράγοντες λοιμογόνου δράσης στοχεύουν τις RhoGTPases [8,9]. Η οικογένεια των θηλαστικών RhoGTPase αποτελείται από περίπου 20 μέλη και οι υποοικογένειες που χαρακτηρίζονται καλύτερα είναι οι Rho, Rac και Cdc42 [10]. Οι πρωτεΐνες Rho είναι μοριακοί διακόπτες που ελέγχουν ένα ευρύ φάσμα κυτταρικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένης της φλεγμονής, του κυτταρικού θανάτου καθώς και της ομοιόστασης των ιστών [11]. Οι μεταλλάξεις των RhoGTPases ή η απορρύθμιση των δραστηριοτήτων τους έχουν συνδεθεί με ανοσοανεπάρκειες, νευρολογικές διαταραχές ή καρκίνους [12-14]. Η στόχευση των RhoGTPases από παράγοντες λοιμογόνου δράσης αποδείχθηκε για πρώτη φορά ότι προσδίδει στα παθογόνα ένα εκλεκτικό πλεονέκτημα εξουδετερώνοντας τις εγγενείς ανοσολογικές αποκρίσεις. Αυτό περιλαμβάνει την αναστολή της φαγοκυττάρωσης και της μετανάστευσης καθώς και τη ρύθμιση των έμφυτων οδών του ανοσοποιητικού [15]. Τα παθογόνα έχουν αναπτύξει πολλαπλές στρατηγικές για τον χειρισμό του κύκλου RhoGTPase. Αυτά μπορούν να χωριστούν σε 2 ομάδες: τις τοξίνες που ενεργοποιούν την RhoGTPάση και τις RhoGTPάσες που απενεργοποιούν τις τοξίνες. Εδώ, εξετάζουμε τον μοριακό μηχανισμό με τον οποίο το ανοσοποιητικό σύστημα του ξενιστή ανιχνεύει τους παράγοντες λοιμογόνου δράσης που στοχεύουν τις RhoGTPάσες και συζητάμε τις επιπτώσεις αυτών των μηχανισμών αίσθησης.

Τοξίνες στόχευσης της RhoGTPase και παράγοντες λοιμογόνου δράσης: Παραβίαση κυτταρικής σηματοδότησης

Οι RhoGTPases είναι ένας από τους προτιμότερους στόχους των παραγόντων λοιμογόνου δράσης, πιθανώς λόγω του κρίσιμου ρόλου τους στις έμφυτες ανοσολογικές αποκρίσεις. Οι RhoGTPάσες είναι κρίσιμοι ρυθμιστές της έμφυτης ανοσοαπόκρισης μέσω της συμβολής τους στη φαγοκυττάρωση και τη μετανάστευση καθώς και στην παραγωγή αντιδραστικών ειδών οξυγόνου μέσω της οξειδάσης NADPH [16]. Οι RhoGTPases κυκλώνουν μεταξύ ενός ενεργού δεσμευμένου με GTP και ενός ανενεργού σταδίου δεσμευμένου στο GDP το οποίο ρυθμίζεται από την πρωτεΐνη ενεργοποίησης GTPase (GAP), τον παράγοντα ανταλλαγής νουκλεοτιδίων γουανίνης (GEF) και τον αναστολέα διάστασης νουκλεοτιδίων γουανοσίνης (GDI) [17].

Τα βακτήρια χρησιμοποιούν 2 τύπους στρατηγικών για τον χειρισμό των RhoGTPases-ξενιστή: (1) χρησιμοποιούν παράγοντες λοιμογόνου δράσης που μιμούνται τους ρυθμιστές RhoGTPases (GAP, GEF ή GDI). και (2) χρησιμοποιούν παράγοντες λοιμογόνου δράσης προικισμένους με ενζυμικές δραστηριότητες που τροποποιούν τις RhoGTPάσες του ξενιστή [18]. Αυτές οι τροποποιήσεις έχουν ως αποτέλεσμα είτε την ενεργοποίηση είτε την αναστολή των RhoGTPases, οι οποίες επηρεάζουν τον κυτταροσκελετό της ακτίνης και τη βακτηριακή πρόσληψη από φαγοκυτταρικά ή μη φαγοκυτταρικά κύτταρα. Τα πλεονεκτήματα του χειρισμού των RhoGTPases για παθογόνα έχουν μελετηθεί εκτενώς [19-21]. Εδώ, περνώντας από τον υαλοπίνακα, θα περιγράψουμε πώς γίνονται αντιληπτοί αυτοί οι χειρισμοί των RhoGTPases από το έμφυτο ανοσοποιητικό σύστημα.

Ανίχνευση της ενεργοποίησης RhoGTPase για να προκαλέσει μια μεταγραφική αντιμικροβιακή απόκριση

Η μικροβιακή ενεργοποίηση των RhoGTPases προκαλεί τη μεταγραφή των προφλεγμονωδών γονιδίων κυτοκίνης και χημειοκινών. Είναι ενδιαφέρον ότι ο παράγοντας λοιμογόνου δράσης της σαλμονέλας SopE, ένας GEF για τα Rac και Cdc42, έχει βρεθεί ότι ενεργοποιεί διαφορετικές οδούς σηματοδότησης που συγκλίνουν στη μεταγραφή γονιδίων. Πρώτον, η σαλμονέλα που εκφράζει το SopE και το SopE2 ενεργοποιούν τα JNK, p38 και Erk MAPK, οδηγώντας σε ενεργοποίηση NF-κB [22].

Είναι ενδιαφέρον ότι με την ενεργοποίηση των Rac1 και Cdc42, το SopE αποδείχθηκε ότι ενεργοποιεί την ενεργοποίηση των NOD1 και Rip2 που οδηγεί την παραγωγή κυτοκίνης [23]. Πιο πρόσφατα, βρέθηκε ότι το SopE ενεργοποιεί έναν άξονα Cdc42-Pak1 που οδηγεί σε ενεργοποίηση εξαρτώμενης από TAK1- και TRAF6-NF-κB [24]. Θα απαιτηθούν περαιτέρω μελέτες για να καθοριστεί εάν αυτές οι 3 οδοί συνδέονται μεταξύ τους ή εμφανίζονται χωριστά κατά τη διάρκεια της μόλυνσης. Ένα ενδιαφέρον παράδειγμα μιας αντιμικροβιακής απόκρισης που προκαλείται από την ενεργοποίηση των RhoGTPases είναι η τοξίνη CNF1. Η τοξίνη CNF1 του ουροπαθογόνου Escherichia coli είναι μια απαμιδάση που αποδείχθηκε ότι πυροδοτεί μια προστατευτική αντιμικροβιακή απόκριση ενεργοποιώντας τη Rac2GTPase, η οποία, με τη σειρά της, ενεργοποιεί τις σηματοδοτικές οδούς IMD-Relish και Rip1/2 κινασών-NF-κB στα κύτταρα Drosophila και , αντίστοιχα [4,25].

Ανίχνευση της αδρανοποίησης των RhoGTPases από το φλεγμονώδες Pyrin

Το μέσο γονίδιο (που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη Pyrin) ανακαλύφθηκε μέσω της εμπλοκής του σε αυτοφλεγμονώδη σύνδρομα όπως ο οικογενής μεσογειακός πυρετός (FMF) [26,27]. Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει μια προστατευτική λειτουργία του ξενιστή για το φλεγμονώδες Pyrin παρακολουθώντας τη δραστηριότητα των παραγόντων λοιμογόνου δράσης που απενεργοποιούν τις RhoGTPases. Η ανοσολογική ανίχνευση βακτηριακών τοξινών που τροποποιούν τις RhoGTPάσες του ξενιστή είναι μείζονος σημασίας για τον περιορισμό της βακτηριακής μόλυνσης. Αυτό το σύστημα ανίχνευσης προτάθηκε για πρώτη φορά από μελέτες που έδειξαν ότι οι τοξίνες TcdA και TcdB από το Clostridium difficile ήταν σε θέση να προκαλέσουν ενεργοποίηση κασπάσης-1 και ωρίμανση ιντερλευκίνης (IL)-1β [28]. Το φλεγμονώδες Pyrin αργότερα αποδείχθηκε από τον Shao και τους συνεργάτες του ότι είναι ο αισθητήρας για τις τοξίνες που αναστέλλουν την RhoGTPase. Αποκάλυψαν ότι όχι μόνο οι τοξίνες TcdA και TcdB αλλά και VopS (από το Vibrio parahaemolyticus), IbpA (από Histophilus somni), TecA (από Burkholderia cenocepacia) ανιχνεύονται από το φλεγμονώδες Pyrin. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτές οι τοξίνες απενεργοποιούν τις RhoGTPases μέσω 4 διαφορετικών μηχανισμών: γλυκοζυλίωση, ριβοζυλίωση ADP, ΑΜΠυλίωση και αποαμίδωση [29-32]. Ο Shao και οι συνεργάτες του ανέφεραν ότι το καταλυτικά ανενεργό μετάλλαγμα του TcdB απέτυχε να ενεργοποιήσει το φλεγμονώδες σώμα, υποδεικνύοντας τη σημασία της αισθητήριας δραστηριότητας και όχι των διατηρημένων δομικών μοτίβων. Είναι ενδιαφέρον ότι η τοξίνη TcsL (από το Clostridium sordellii) που αδρανοποιεί τα Rac και Cdc42 αλλά όχι το RhoA απέτυχε να ενεργοποιήσει το φλεγμονώδες Pyrin, υποδηλώνοντας ότι η Pyrin παρακολουθεί ειδικά την κατάσταση ενεργοποίησης του RhoA [30].

Είναι πλέον αποδεκτό ότι το φλεγμονώδες Pyrin ανιχνεύει τη δραστηριότητα των παραγόντων λοιμογόνου δράσης που απενεργοποιούν την RhoGTPase μέσω ενός καταρράκτη σηματοδότησης που περιλαμβάνει τις Ser/Thr κινάσες και τροποποιήσεις της σταθερότητας των μικροσωληνίσκων. Σε σταθερή κατάσταση, η Πυρίνη αλληλεπιδρά με 14-3-3 πρωτεΐνες που διατηρούν τον υποδοχέα σε ανενεργή μορφή. Η αναστολή του RhoA από τις τοξίνες οδηγεί σε διάσταση 14-3-3 από την Πυρίνη με τρόπο που εξαρτάται από την κατάσταση της φωσφορυλίωσης της πυρίνης [31]. Ο Park και οι συνεργάτες του αποκάλυψαν ότι οι κινάσες που αλληλεπιδρούν με RhoA, η πρωτεϊνική κινάση N1 (PKN1) και N2 (PKN2), η φωσφορυλίωση της ανθρώπινης Πυρίνης στο Ser208 και το Ser242 (Ser205 και Ser241 σε πυρίνη ποντικού) και προκαλούν 14-3-3-αλληλεπίδραση πυρίνης για τη διατήρηση της ανενεργή κατάσταση του φλεγμονώδους πυρίνης [32]. Η απενεργοποίηση του RhoA από βακτηριακές τοξίνες καταργεί τη φωσφορυλίωση της πυρίνης στο Ser205/Ser241 από το PKN1/2 και την επακόλουθη αλληλεπίδραση 14-3-3 και, κατά συνέπεια, ενεργοποιεί το φλεγμονώδες πυρίνη και πυροδοτεί την έκκριση IL{{21}β [31, 32] (Εικ. 1).

Είναι ενδιαφέρον ότι η μόλυνση των μακροφάγων από το C. difficile, που εκφράζει τα TcdA και TcdB, πυροδοτεί πυροπτωτικό κυτταρικό θάνατο με τρόπο που εξαρτάται από το GSDMD [33]. Άλλοι λοιμογόνοι παράγοντες που απενεργοποιούν τις RhoGTPases ανιχνεύονται από το φλεγμονώδες Pyrin (Πίνακας 1). Μακροφάγα ποντικού που έχουν μολυνθεί με Yersinia pseudotuberculosis που εκφράζουν YopE και YopT, 2 παράγοντες λοιμογόνου δράσης που αναστέλλουν το RhoA, πυροδοτούν την Ser205 αποφωσφορυλίωση της πυρίνης και την έκκριση IL-1 β [34]. Το Yersinia παρέχει ένα εντυπωσιακό παράδειγμα της αλληλεπίδρασης των παραγόντων λοιμογόνου δράσης που πιθανώς προέκυψε από τη συνεξέλιξη ξενιστή-παθογόνου.

Πράγματι, η Yersinia εγχέει τον τελεστή YopM που δεσμεύει και ενεργοποιεί τις κινάσες PKN1/2 και RSK για να πυροδοτήσει τη φωσφορυλίωση της πυρίνης, αποτρέποντας έτσι την ενεργοποίηση του φλεγμονώδους πυρίνης και ως εκ τούτου εξουδετερώνοντας την αίσθηση της πυρίνης των τοξινών που απενεργοποιούν την RhoGTPase [35-37]. Είναι ενδιαφέρον ότι ο παράγοντας λοιμογόνου δράσης YopO (YpkA στο Yersinia pestis) έχει μια περιοχή RhoGDI που αναστέλλει το RhoA καθώς και το Rac [38,39]. Περαιτέρω μελέτες θα καθορίσουν εάν θα μπορούσε να συμμετάσχει σε αυτή την αλληλεπίδραση πυροδοτώντας την ενεργοποίηση της Pyrin. Ένα άλλο βήμα σε αυτή τη διαδικασία συνεξέλιξης ξενιστή-παθογόνου είναι η επιλογή μεταλλάξεων ανθρώπινης Pyrin. Αυτές οι μεταλλάξεις καθιστούν την Πυρίνη μη ευαίσθητη στο YopM και μπορεί να έχουν επιλεγεί εξελικτικά για να αντισταθούν στη μόλυνση από το Y. pestis, τον αιτιολογικό παράγοντα της πανώλης [36]. Σε άτομα που φέρουν ενεργοποιητικές μεταλλάξεις Πυρίνης, η αυξημένη δραστηριότητα μπορεί να προσέφερε ένα επιλεκτικό πλεονέκτημα έναντι των παθογόνων [40].

Ωστόσο, αυτές οι μεταλλάξεις είναι επίσης υπεύθυνες για τις εξαρτώμενες από την πυρίνη αυτοφλεγμονώδεις διαταραχές [32]. Η δυναμική των μικροσωληνίσκων παίζει επίσης ρόλο στην ενεργοποίηση του φλεγμονώδους πυρίνης. Οι μικροσωληνίσκοι δρουν κατάντη της αποφωσφορυλίωσης και της διάστασης της πυρίνης από τις πρωτεΐνες 14-3-3 [31,41]. Παρά την κλινική σημασία των μικροσωληνίσκων που στοχεύουν τα φάρμακα (όπως η κολχικίνη) σε αυτοφλεγμονώδεις διαταραχές που εξαρτώνται από την πυρίνη, οι μηχανισμοί που εμπλέκονται στη ρύθμιση των μικροσωληνίσκων του φλεγμονώδους πυρίνης δεν είναι πλήρως κατανοητοί.

Σχήμα 1. Ανίχνευση τοξινών που τροποποιούν την RhoGTPase από τα φλεγμονώματα Pyrin και NLRP3. (Αριστερά) Το φλεγμονώδες Pyrin ενεργοποιείται ως απόκριση στην αναστολή του RhoA από διάφορες βακτηριακές τοξίνες. Σε σταθερή κατάσταση, το ενεργό RhoA προκαλεί την ενεργοποίηση του PKN1/2 που φωσφορυλιώνει την (P) Πυρίνη (σε Ser205 και Ser241) και πυροδοτεί 14-3-3—αλληλεπίδραση πυρίνης για να διατηρήσει την πυρίνη ανενεργή. Η αναστολή της RhoA από λοιμογόνους παράγοντες διαταράσσει αυτή την αλληλεπίδραση που οδηγεί σε ενεργοποίηση φλεγμονώδους πυρίνης και επακόλουθη ωρίμανση IL-1 β και διάσπαση του GSDMD σε GSDMD-N. Το GSDMD-N αγκυρώνεται στην πλασματική μεμβράνη και προκαλεί έκκριση IL-1β και πυροπτωτικό κυτταρικό θάνατο. Η συμμετοχή της επιδιόρθωσης της μεμβράνης με τη μεσολάβηση ESCRT κατά τη διάρκεια πυρόπτωσης που εξαρτάται από την πυρίνη δεν έχει ακόμη καθοριστεί. (Δεξιά) Το φλεγμονώδες NLRP3 ανιχνεύει την ενεργοποίηση του Rac2 από βακτηριακούς παράγοντες λοιμογόνου δράσης. Μετά την ενεργοποίηση του Rac2, οι κινάσες Pak1/2 φωσφορυλιώνονται (P) NLRP3 στο Thr659 επιτρέποντας τη συναρμολόγηση του φλεγμονώδους και την επακόλουθη ωρίμανση IL-1β. Σε αυτό το πλαίσιο, η έκκριση IL-1β είναι ανεξάρτητη από το GSDMD και δεν προκαλεί κυτταρικό θάνατο, αλλά μπορεί να περιλαμβάνει άλλο GSDM ή/και μηχανισμό επιδιόρθωσης μεμβράνης εξαρτώμενο από την ESCRT. GSDM, gasdermin; GSDMD, gasdermin D; IL, ιντερλευκίνη.

Αίσθηση ενεργοποίησης RhoGTPase μέσω του φλεγμονώδους NLRP3

Το 2004, ο Tschopp και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι το NLRP3 μπορεί να συναρμολογηθεί σε ένα φλεγμονώδες NLRP3-ASC-Caspase-1 που είναι υπεύθυνο για αυτοφλεγμονώδεις διαταραχές [42]. Περαιτέρω μελέτες αποκαλύπτουν ότι το φλεγμονώδες NLRP3 παίζει ρόλο σε μεταβολικές ασθένειες όπως ο διαβήτης, η αθηροσκλήρωση και η ουρική αρθρίτιδα [43-46]. Θεωρείται ότι η κύρια φυσιολογική λειτουργία του φλεγμονώδους NLRP3 είναι να ανιχνεύει σήματα κινδύνου που προκαλούνται από παθογόνο και μεταβολισμό. Η συμβολή του φλεγμονώδους NLRP3 στην προστασία του ξενιστή έναντι μολυσματικών παραγόντων έχει πρόσφατα εμφανιστεί. Το φλεγμονώδες NLRP3 ενεργοποιείται από διάφορους παράγοντες όπως τοξίνες που σχηματίζουν πόρους, εξωκυτταρική ATP, κρυσταλλικές δομές και μιτοχονδριακή βλάβη, αλλά ο ρόλος του στην ETI προέκυψε μόλις πρόσφατα από τη μελέτη των τοξινών που ενεργοποιούν την RhoGTPase [45,47-50]. Το NLRP3 ρυθμίζεται από φωσφορυλίωση και ουβικουϊτινίωση, οι οποίες ελέγχουν τη σταθερότητα και τον υποκυτταρικό εντοπισμό του, τις διαμορφωτικές αλλαγές και την αλληλεπίδρασή του με πρωτεΐνες που σχετίζονται με το φλεγμονώδες σώμα, όπως η πρωτεΐνη προσαρμογής ASC και η ρυθμιστική πρωτεΐνη Nek7 [51]. Το Nek7 αλληλεπιδρά με το καρβοξυλικό άκρο πλούσιο σε λευκίνη επανάληψη (LRR) του NLRP3 και πυροδοτεί μια διαμορφωτική αλλαγή που είναι απαραίτητη για τον ολιγομερισμό του NLRP3 και τη συναρμολόγηση φλεγμονωδών σωμάτων [52-54].

Η τοξίνη CNF1 είναι μια καλόπιστη τοξίνη που ενεργοποιεί την RhoGTPase που κωδικοποιείται από το ουροπαθογόνο E. coli. Είναι ενδιαφέρον ότι το CNF1 έχει αποδειχθεί ότι πυροδοτεί μια φλεγμονώδη ανοσοαπόκριση in vivo και κυτταρίνη χρησιμοποιώντας πολλαπλά μοντέλα όπως Drosophila, ποντικού και ανθρώπου [4,25,55,56]. Αυτό το CNF1-προκάλεσε προστατευτική ανοσία και προκάλεσε βακτηριακή κάθαρση παρατηρήθηκαν τόσο κατά τις συστηματικές λοιμώξεις Drosophila όσο και κατά τη διάρκεια της βακτηριαιμίας ποντικών. Ενώ η CNF1-άνοση απόκριση στο Drosophila περιοριζόταν στη μεταγραφική αντιμικροβιακή έκφραση πεπτιδίου, το CNF1-που εκφράζει E. coli πυροδότησε μια απόκριση σε ποντίκια ανάλογα με την Κασπάση-1 και την IL{11 }} σηματοδότηση [4,25]. Τόσο η τοξίνη CNF1 όσο και οι RhoGTPases που ενεργοποιούν τον παράγοντα λοιμογόνου δράσης SopE έχουν αναφερθεί ότι πυροδοτούν την ενεργοποίηση της κασπάσης-1 και την ωρίμανση και έκκριση IL-1β, αλλά το εμπλεκόμενο φλεγμονώδες σώμα εντοπίστηκε μόλις πρόσφατα. Το φλεγμονώδες NLRP3 είναι ο αισθητήρας της ενεργοποίησης της RhoGTPase που προκαλείται από τις τοξίνες CNF1, SopE και DNT [47] (Πίνακας 1). Το φλεγμονώδες NLRP3 αντιλαμβάνεται συγκεκριμένα την ενεργοποίηση του Rac2. Μετά την ενεργοποίηση του Rac2, η p{24}}ενεργοποιημένη κινάση (Pak) 1 και η Pak2 είναι απαραίτητες για την ανίχνευση του φλεγμονώδους NLRP3 των δραστηριοτήτων CNF1, SopE και DNT. Η ρύθμιση των κινασών Pak1/2 της ενεργοποίησης του φλεγμονώδους NLRP3 εξαρτιόταν από την εκροή K συν και προέκυψε μέσω της φωσφορυλίωσης NLRP3 στο Thr659 που επιτρέπει τη στρατολόγηση και την ενεργοποίηση του Nek7 και του φλεγμονώδους. Κατά τη διάρκεια λοιμώξεων από ποντίκια, τόσο η χημική αναστολή του NLRP3 όσο και η χημική αναστολή του γονιδίου ή το γονιδιακό αποκλεισμό απέτρεψαν τη βακτηριακή κάθαρση που προκάλεσε το CNF1- κατά τη βακτηριαιμία. Σε αντίθεση με άλλους ενεργοποιητές φλεγμονώδους NLRP3, η έκκριση του CNF1-β που προκάλεσε IL{41}} ήταν ανεξάρτητη από το GSDMD και δεν προκάλεσε πυροπτωτικό κυτταρικό θάνατο (Εικ. 1).

Θα απαιτηθούν περαιτέρω μελέτες για τον προσδιορισμό των μηχανισμών που εμπλέκονται στην έκκριση IL-1β κατάντη της επαγόμενης από τοξίνες ενεργοποίησης της RhoGTPase. Μια συναρπαστική πιθανότητα θα ήταν η εμπλοκή άλλων GSDM στην έκκριση IL-1β που προκαλεί το CNF1-β σε συνδυασμό με έναν μηχανισμό αναστολής κυτταρικού θανάτου για τον έλεγχο της ισορροπίας μεταξύ κυτταρικού θανάτου και φλεγμονής, όπως περιγράφεται για τα μηχανήματα GSDMD και ESCRT που ελέγχει την επισκευή της μεμβράνης [57,58]. Σε μακροφάγα που προέρχονται από ανθρώπινα μονοκύτταρα, η αίσθηση της τοξίνης CNF1 μέσω του άξονα Pak/NLRP3 διατηρείται. Ωστόσο, απαιτούνται περαιτέρω μελέτες για να προσδιοριστεί ο ρόλος του Pak και του NLRP3 κατά τη διάρκεια της μόλυνσης στον άνθρωπο και εάν οι ελλείψεις του άξονα σηματοδότησης Pak/NLRP3 σχετίζονται με αυξημένη ευαισθησία στη μόλυνση. Η ανίχνευση NLRP3 των παραγόντων λοιμογόνου δράσης που ενεργοποιούν τις RacGTPases θα μπορούσε να εξηγήσει καλύτερα τη συνύπαρξη εντός των ίδιων βακτηρίων παραγόντων λοιμογόνου δράσης με ανταγωνιστικές δραστηριότητες έναντι των RacGTPases, όπως στη Salmonella με SopE και SptP, αντίστοιχα, GEF και GAP για RacGTPases [59].

Τελικές παρατηρήσεις

Η προστασία των φλεγμονωδών RhoGTPases Pyrin και NLRP3 μοιράζεται εντυπωσιακές μοριακές ομοιότητες, όπως η εμπλοκή των Ser/Thr κινασών και ακριβείς θέσεις φωσφορυλίωσης για τον έλεγχο της ενεργοποίησης του φλεγμονώδους. Είναι ενδιαφέρον ότι η φωσφορυλίωση PKN αναστέλλει το φλεγμονώδες σώμα, ενώ η φωσφορυλίωση Pak ενεργοποιεί το φλεγμονόσωμα. Η λεπτή ρύθμιση αυτών των έμφυτων μηχανισμών ανοσολογικής αίσθησης που ρυθμίζονται με Rho είναι πιθανώς απαραίτητη για τον ξενιστή για να αντιμετωπίσει τη μικροβιακή μόλυνση και τη φλεγμονή. Ο λόγος για τον οποίο το έμφυτο ανοσοποιητικό σύστημα του ξενιστή χρησιμοποιεί 2 διαφορετικά φλεγμονοσώματα για την παρακολούθηση της δραστηριότητας της RhoGTPase παραμένει ανοιχτό ερώτημα. Η μόνη εύκολη απάντηση είναι ότι η φύλαξη των RhoGTPases είναι κρίσιμη για την επιβίωση του ξενιστή κατά τη διάρκεια της μόλυνσης.

Ευχαριστίες

Ευχαριστούμε τον Patrick Munro για την κριτική ανάγνωση του χειρογράφου. Αναγνωρίζουμε την Abby Cuttris του Office International Scientific Visibility of Universite' Coˆte d'Azur για την επαγγελματική επεξεργασία γλώσσας.

βιβλιογραφικές αναφορές

1. Janeway CA. Προσεγγίζοντας την ασύμπτωτη; Εξέλιξη και επανάσταση στην ανοσολογία. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1989; 54 (Σημ. 1): 1–13.

2. Jones JDG, Dangl JL. Το ανοσοποιητικό σύστημα των φυτών. Φύση. 2006; 444:323–329.

3. Stuart LM, Paquette N, Boyer L. Ανοσία που προκαλείται από τελεστές έναντι ανοσίας που προκαλείται από μοτίβο: πώς τα ζώα αντιλαμβάνονται τα παθογόνα. Nat Rev Immunol. 2013; 13:199–206.

4. Diabate Μ, Munro Ρ, Garcia Ε, Jacquel Α, Michel G, Obba S, et αϊ. Η αιμολυσίνη Escherichia coli εξουδετερώνει την αντι-μολυσματική έμφυτη ανοσοαπόκριση που προκαλείται από την τοξίνη CNF1 που ενεργοποιεί την Rho GTPase κατά τη διάρκεια της βακτηριαιμίας. PLoS Pathog. 2015; 11:e1004732.

5. Fischer NL, Naseer Ν, Shin S, Brodsky ΙΕ. Ανοσία που προκαλείται από τελεστές και αίσθηση παθογόνων σε μεταζώα. Nat Microbiol. 2020; 5: 14–26.

6. Stuart LM, Boyer L. RhoGTPases—NODEs για ανοσία που προκαλείται από τελεστές σε ζώα. Cell Res. 2013; 23:980–981.

7. Vance RE, Isberg RR, Portnoy DA. Μοτίβα παθογένεσης: διάκριση παθογόνων και μη παθογόνων μικροβίων από το έμφυτο ανοσοποιητικό σύστημα. Cell Host Microbe 2009; 6: 10–21.

8. Aktories K. Βακτηριακές πρωτεϊνικές τοξίνες που τροποποιούν τις ρυθμιστικές GTPases του ξενιστή. Nat Rev Microbiol. 2011; 9: 487–498.

9. Gala´n JE. Κοινά θέματα στο σχεδιασμό και τη λειτουργία των βακτηριακών τελεστών. Μικρόβιο ξενιστή κυττάρων. 2009; 5:571–579.

10. Burridge K, Wennerberg K. Rho Rac Take Center Stage. Κύτταρο. 2004; 116:167–179.

11. Jaffe AB, Hall A. RHO GTPASES: Biochemistry and Biology. Annu Rev Cell Dev Biol. 2005; 21:247–269.

12. Lougaris V, Baronio M, Gazzurelli L, Benvenuto A, Plebani A. RAC2, και πρωτογενείς ανθρώπινες ανοσοανεπάρκειες. J Leukoc Biol. 2020; 108:687–696.

13. El Masri R, Delon J. RHO GTPases: from new partners to σύνθετα ανοσολογικά σύνδρομα. Nat Rev Immunol. 2021.

14. Clayton NS, Ridley AJ. Στόχευση δικτύων σηματοδότησης Rho GTPase στον καρκίνο. Front Cell Dev Biol. 2020; 8:222.

15. Brodsky IE, Medzhitov R. Στόχευση δικτύων ανοσολογικής σηματοδότησης από βακτηριακά παθογόνα. Nat Cell Biol. 2009; 11:521–526.

16. Bokoch GM. Ρύθμιση της έμφυτης ανοσίας από Rho GTPases. Trends Cell Biol. 2005; 15:163–171.

17. Bishop AL, Hall A. Rho GTPases, and their effector proteins. Biochem J. 2000; 348:241-255. PMID: 10816416.

18. Popoff MR. Οι βακτηριακοί παράγοντες εκμεταλλεύονται τους καταρράκτες σηματοδότησης της ευκαρυωτικής Rho GTPase για να προωθήσουν την εισβολή και τον πολλαπλασιασμό εντός του ξενιστή τους. Μικρές GTPases. 2014; 5.

19. Finlay BB. Στρατηγικές βακτηριακής λοιμογόνου δράσης που χρησιμοποιούν Rho GTPases. Curr Top Microbiol Immunol. 2005; 291:1–10.

20. Schlumberger MC, Hardt WD. Προκαλούμενη φαγοκυττάρωση από σαλμονέλα: βακτηριακή μοριακή μίμηση της ενεργοποίησης/απενεργοποίησης της RhoGTPase. Curr Top Microbiol Immunol. 2005; 291:29-42.

21. Boquet P, Lemichez E. Παράγοντες βακτηριακής λοιμογόνου δράσης που στοχεύουν τις Rho GTPases: παρασιτισμός ή συμβίωση; Trends Cell Biol. 2003; 13:238–246.

22. Bruno VM, Hannemann S, Lara-Tejero M, Flavell RA, Kleinstein SH, Gala´n JE. Οι επιδράσεις έκκρισης τύπου III της Salmonella Typhimurium διεγείρουν τις έμφυτες ανοσολογικές αποκρίσεις σε καλλιεργημένα επιθηλιακά κύτταρα. PLoS Pathog 2009; 5:e1000538.

23. Keestra AM, Winter MG, Auburger JJ, Fra¨ßle SP, Xavier MN, Winter SE, et al. Ο χειρισμός μικρών Rho GTPases είναι μια επαγόμενη από παθογόνο διαδικασία που ανιχνεύεται από το NOD1. Φύση. 2013; 496:233-237.

24. Sun H, Kamanova J, Lara-Tejero M, Gala´n JE. Η σαλμονέλα διεγείρει την προφλεγμονώδη σηματοδότηση μέσω των p{3}}ενεργοποιημένων κινασών παρακάμπτοντας τους έμφυτους υποδοχείς του ανοσοποιητικού. Nat Microbiol. 2018; 3:1122–1130.

25. Boyer L, Magoc L, Dejardin S, Cappillino Μ, Paquette Ν, Hinault C, et αϊ. Οι τελεστές που προέρχονται από παθογόνο πυροδοτούν την προστατευτική ανοσία μέσω της ενεργοποίησης του ενζύμου Rac2 και της οδού σηματοδότησης της κινάσης IMD ή Rip. Ασυλία, ανοσία. 2011; 35:536–549.

26. Jamilloux Y, Magnotti F, Belot A, Henry T. Το φλεγμονώδες pyrin: από την ανίχνευση τοξινών που αναστέλλουν τις RhoA GTPases έως την ενεργοποίηση αυτοφλεγμονωδών συνδρόμων. Pathog Dis. 2018; 76.

27. Centola M, Aksentijevich I, Kastner DL. The Heritary Periodic Fever Syndromes: Molecular Analysis of a New Family of Inflammatory Diseases. Hum Mol Genet. 1998; 7:1581–1588.

28. Ng J, Hirota SA, Gross O, Li Y, Ulke-Lemee Α, Potentier MS, et αϊ. Η φλεγμονή που προκαλείται από την τοξίνη Clostridium difficile και η εντερική βλάβη προκαλούνται από το φλεγμονώδες σώμα. Γαστρεντερολογία. 2010; 139:542–552, 552.e1–3.

29. Aubert DF, Xu Η, Yang J, Shi X, Gao W, Li L, et αϊ. Ένας τελεστής Burkholderia Type VI αποαμιδιώνει τις Rho GTPases για να ενεργοποιήσει το φλεγμονώδες σώμα της πυρίνης και να προκαλέσει φλεγμονή. Μικρόβιο ξενιστή κυττάρων. 2016; 19:664–674.

30. Xu Η, Yang J, Gao W, Li L, Li P, Zhang L, et αϊ. Έμφυτη ανοσολογική αίσθηση των βακτηριακών τροποποιήσεων των Rho GTPases από το φλεγμονώδες Pyrin. Φύση. 2014; 513:237-241.

31. Gao W, Yang J, Liu W, Wang Y, Shao F. Τοποειδική φωσφορυλίωση και δυναμική μικροσωληνίσκων ελέγχουν την ενεργοποίηση φλεγμονώδους πυρίνης. Proc Natl Acad Sci US A. 2016; 113:E4857–4866.

32. Park YH, Wood G, Kastner DL, Chae JJ. Ενεργοποίηση φλεγμονώδους πυρίνης και σηματοδότηση RhoA στις αυτοφλεγμονώδεις νόσους FMF και HIDS. Nat Immunol. 2016; 17:914–921.

33. Kanneganti Α, Malireddi RKS, Saavedra PHV, Vande Walle L, Van Gorp Η, Kambara Η, et αϊ. Το GSDMD είναι κρίσιμο για την αυτοφλεγμονώδη παθολογία σε μοντέλο ποντικού με Οικογενή Μεσογειακό Πυρετό. J Εχρ Med. 2018; 215:1519–1529.

34. Medici ΝΡ, Rashid Μ, Bliska JB. Χαρακτηρισμός της αποφωσφορυλίωσης της πυρίνης και της ενεργοποίησης φλεγμονώδους σε μακροφάγους όπως πυροδοτούνται από τους Yersinia Effectors YopE και YopT. Μολύνετε το ανοσοποιητικό. 2019; 87.

35. Chung LK, Park YH, Zheng Y, Brodsky ΙΕ, Hearing P, Kastner DL, et al. Ο λοιμογόνος παράγοντας Yersinia YopM πειράζει τις κινάσες ξενιστή για να αναστέλλει την ενεργοποίηση του φλεγμονώδους πυρίνης που προκαλείται από τελεστές τύπου III. Μικρόβιο ξενιστή κυττάρων. 2016; 20:296–306.

36. Park YH, Remmers EF, Lee W, Ombrello AK, Chung LK, Shilei Z, et al. Αρχαίες οικογενείς μεταλλάξεις μεσογειακού πυρετού στην ανθρώπινη πυρίνη και αντοχή στο Yersinia pestis. Nat Immunol. 2020; 21:857–867.

37. Ratner D, Orning MPA, Proulx MK, Wang D, Gavrilin ΜΑ, Wewers MD, et al. Το Yersinia pestis Effector YopM αναστέλλει την ενεργοποίηση της φλεγμονής της πυρίνης. PLoS Pathog. 2016; 12:e1006035.

38. Dukuzumuremyi JM, Rosqvist R, Hallberg B, Akerstro¨m B, Wolf-Watz Η, Schesser Κ. Η πρωτεϊνική κινάση Α Yersinia είναι ένας παράγοντας ξενιστή που επάγεται από τον παράγοντα λοιμογόνου δράσης RhoA/Rac. J Biol Chem. 2000; 275:35281–35290.

39. Dominguez R. Τα ανατρεπτικά βακτήρια αποκαλύπτουν νέα κόλπα στο οπλοστάσιό τους για πειρατεία κυτταροσκελετών. Nat Struct ΜοΙ Biol. 2015; 22:178–179.

40. Schnappauf O, Chae JJ, Kastner DL, Aksentijevich I. The Pyrin Inflammasome in Health and Disease. Front Immunol. 2019; 10:1745.

41. Van Gorp Η, Saavedra PHV, de Vasconcelos NM, Van Opdenbosch Ν, Vande Walle L, Matusiak Μ, et al. Οι μεταλλάξεις του οικογενούς μεσογειακού πυρετού αίρουν την υποχρεωτική απαίτηση για μικροσωληνίσκους στην ενεργοποίηση του φλεγμονώδους σώματος Pyrin. Proc Natl Acad Sci US A. 2016; 113:14384–14389.

42. Agostini L, Martinon F, Burns K, McDermott MF, Hawkins PN, Tschopp J. NALP3 Forms an IL-1 -Processing Inflammasome with Increased Activity in Muckle-Wells Autoflow Disorder. Ασυλία, ανοσία. 2004; 20:319–325.

43. Ridker PM, Everett BM, Thuren T, MacFadyen JG, Chang WH, Ballantyne C, et al. Αντιφλεγμονώδης θεραπεία με Canakinumab για Αθηροσκληρωτική Νόσο. N Engl J Med. 2017; 377:1119–1131.

44. Masters SL, Dunne A, Subramanian SL, Hull RL, Tannahill GM, Sharp FA, et al. Η ενεργοποίηση του φλεγμονώδους NLRP3 από το πολυπεπτίδιο αμυλοειδούς νησίδας παρέχει έναν μηχανισμό για ενισχυμένη IL-1 στον διαβήτη τύπου 2. Nat Immunol. 2010; 11:897–904.

45. Martinon F, Pe´trilli V, Mayor A, Tardivel A, Tschopp J. Οι κρύσταλλοι ουρικού οξέος που σχετίζονται με την ουρική αρθρίτιδα ενεργοποιούν το φλεγμονώδες NALP3. Φύση. 2006; 440:237-241.

46. ​​Alena Grebe, Florian Hoss, Eicke Latz. NLRP3 Inflammasome and the IL-1 Pathway in Atherosclerosis. Circ Res. 2018; 122:1722–1740.

47. Dufies O, Doye A, Courjon J, Torre C, Michel G, Loubatier C, et al. Η τοξίνη CNF1 που ενεργοποιεί την GTPase Escherichia coli μεσολαβεί στην ενεργοποίηση του φλεγμονώδους NLRP3 μέσω p{4}}ενεργοποιημένων κινασών-1/2 κατά τη διάρκεια της βακτηριαιμίας σε ποντίκια. Nat Microbiol. 2021; 1–12.

48. Hornung V, Bauernfeind F, Halle A, Samstad EO, Kono Η, Rock KL, et al. Οι κρύσταλλοι πυριτίου και τα άλατα αλουμινίου μεσολαβούν στην ενεργοποίηση του φλεγμονώδους NALP-3 μέσω της φαγοσωμικής αποσταθεροποίησης. Nat Immunol. 2008; 9:847–856.

49. Mariathasan S, Weiss DS, Newton Κ, McBride J, O'Rourke Κ, Roose-Girma Μ, et αϊ. Η κρυοπυρίνη ενεργοποιεί το φλεγμονώδες σώμα ως απόκριση στις τοξίνες και το ATP. Φύση. 2006; 440:228-232.

50. Zhou R, Yazdi AS, Menu P, Tschopp J. Ένας ρόλος για μιτοχόνδρια στην ενεργοποίηση φλεγμονώδους NLRP3. Φύση. 2011; 469:221-225.

51. Yang Y, Wang H, Kouadir M, Song H, Shi F. Πρόσφατες εξελίξεις στους μηχανισμούς της ενεργοποίησης του φλεγμονώδους NLRP3 και των αναστολέων του. Cell Death Dis. 2019; 10:128.

52. He Y, Zeng MY, Yang D, Motro B, Nu´ñez G. Ο Nek7 είναι ένας ουσιαστικός μεσολαβητής της ενεργοποίησης του NLRP3 κατάντη της εκροής καλίου. Φύση. 2016; 530:354–357.

53. Sharif Η, Wang L, Wang WL, Magupalli VG, Andreeva L, Qiao Q, et al. Δομικός μηχανισμός για την αδειοδοτημένη από NEK7- ενεργοποίηση του φλεγμονώδους NLRP3. Φύση. 2019; 570:338–343.

54. Shi Η, Wang Y, Li X, Zhan X, Tang Μ, Fina Μ, et αϊ. Η ενεργοποίηση του NLRP3 και η μίτωση είναι αμοιβαία αποκλειόμενα γεγονότα που συντονίζονται από το NEK7, ένα νέο φλεγμονώδες συστατικό. Nat Immunol. 2016; 17:250.

55. Mu¨ller AJ, Hoffmann C, Galle Μ, Broeke AVD, Heikenwalder Μ, Falter L, et al. Το S. Typhimurium Effector SopE επάγει την ενεργοποίηση της κασπάσης-1 σε στρωματικά κύτταρα για την έναρξη της φλεγμονής του εντέρου. Μικρόβιο ξενιστή κυττάρων. 2009; 6:125–136.

56. Hoffmann C, Galle Μ, Dilling S, Ka¨ppeli R, Mu¨ller AJ, Songhet Ρ, et αϊ. Στα Μακροφάγα, η Ενεργοποίηση Κασπάσης-1 από το SopE και το Σύστημα Έκκρισης Τύπου III-1 του S. Typhimurium μπορεί να προχωρήσει απουσία Flagellin. PLoS ONE. 2010; 5.

57. Ru¨hl S, Shkarina K, Demarco B, Heilig R, Santos JC, Broz P. Η εξαρτώμενη από το ESCRT επισκευή μεμβράνης ρυθμίζει αρνητικά την πυρόπτωση κατάντη της ενεργοποίησης του GSDMD. Επιστήμη. 2018; 362:956–960.

58. Evavold CL, Ruan J, Tan Y, Xia S, Wu H, Kagan JC. Η πρωτεΐνη που σχηματίζει πόρους Gasdermin D Ρυθμίζει την έκκριση ιντερλευκίνης-1 από ζωντανούς μακροφάγους. Ασυλία, ανοσία. 2018; 48:35–44.ε6.

59. Fu Y, Gala´n JE. Μια πρωτεΐνη σαλμονέλας ανταγωνίζεται τα Rac-1 και Cdc42 για να μεσολαβήσει στην ανάκτηση του κυττάρου-ξενιστή μετά από βακτηριακή εισβολή. Φύση. 1999; 401:293-297.

For more information:1950477648nn@gmail.com