Предложен механизм гем-ассоциированной клеточной гибели при воспалении
Инфекции и некоторые заболевания крови вызывают гемолиз эритроцитов, высвобождение гема при этом может приводить к опасным осложнениям. Исследователи из США установили роль рецептора NLRP12 в гем-ассоциированной клеточной гибели. Оказалось, что он способствует формированию ПАНоптосомы — белкового комплекса, который участвует в трех механизмах клеточной гибели: пироптозе, апоптозе и некроптозе.
Воспалительные реакции необходимы организму, поскольку обеспечивают защиту от патогенных агентов, элиминацию микроорганизмов и восстановление тканей. Однако они могут быть опасны. В запуске реакций врожденного иммунитета важную роль играют паттерн-распознающие рецепторы (pattern recognition receptors, PRR), которые взаимодействуют с патоген-ассоциированными молекулярными паттернами (PAMP) и паттернами, связанными с повреждением (DAMP). Это в свою очередь ведет к активации пути NF-kB и выделению медиаторов воспаления. Считается, что гем гемоглобина может выступать в качестве DAMPа: некоторые инфекции приводят к гемолизу эритроцитов, а высвободившийся гем способен активировать клетки врожденного иммунитета. Такой механизм может спровоцировать повреждение тканей и дисфункцию органа. Ученые из Педиатрической исследовательской больницы Св. Иуды (США, штат Теннесси), определили, какие именно процессы участвуют в активации воспалительного процесса в ответ на высвобождение гема.
Для начала исследователи выяснили, что по отдельности ни бактериальные PAMP, ни связанные с инфекциями и воспалениями DAMP не вызывали гибели макрофагов, полученных из костного мозга. Более того, их комбинации тоже не приводили к повреждению клеток. И только комбинации гема (в качестве DAMP) и некоторых других PAMP (например, Pam3) вызывали гибель клеток врожденного иммунитета. Как выяснилось, гем стимулирует рецепторы NLR. В клетках, обработанных гемом и PAMP, был повышен уровень маркеров клеточной гибели — каспазы 1 и ее субстрата гасдермина D, а также апоптотических каспаз 8, 3, 7.
Предположительно гем активирует образование инфламмасом и даже ПАНоптосом — специфических белковых комплексов, которые могут параллельно участвовать в трех путях запрограммированной клеточной гибели: пироптозе, апоптозе, некроптозе. Действует гем на пириновый домен NLR — NLRP.
Ученые проверили эту гипотезу на макрофагах мышей с дефицитом NLRP12. Действительно, клетки с недостатком данных белков, обработанные комбинацией гема и PАMP, выживали лучше. Обработка клеток комбинацией гема и TNF тоже не вызвала их гибели. Результаты подтвердились и на макрофагах человека, которые обработали микроРНК, вызывающей нокдаун гена Nlrp12. Чтобы выяснить роль различных провоспалительных молекул в гем-опосредованной гибели клеток, ученые добавили к ним ингибиторы каспаз и белка Ripk. И вновь клетки лучше выживали. Исследователи предполагают, что ключевую роль в NLRP12-опосредованном ПАНоптозе играет путь каспаза-8/ RIPK3.
Активация NLRP12 действительно ведет к образованию инфламмасомы. После обработки клеток гемом в них повышалось содержание Speck-подобного белка, участвующего в процессе апоптоза. Более того, иммунопреципитация подтвердила образование ПАНоптосомы, включающей в себя белки ASC, RIPK3, каспазу-8 и сам NLRP.
Исследователи сделали важное наблюдение: время гибели клеток коррелирует с уровнем экспрессии NLRP12. Экспрессия рецептора возрастала через 36 часов после обработки гемом и PAMP, а в предыдущей временной точке (24 часа) еще была низкой; при этом гибель клеток начиналась уже после 30-32 часов. Кроме того, они подтвердили данные о том, что у пациентов с заболеваниями, сопровождающимися гемолизом эритроцитов (такими как талассемия и базальноклеточная карцинома), уровень NLRP12 в крови повышен. У пациентов с инфекциями, вызванными вирусом геморрагической лихорадки Крым-Конго, вирусом Марбург, SARS-Cov-2, вирусом гриппа, а также у пациентов с пневмонией и синдроме системного воспалительного ответа (SIRS), тоже высокие уровни экспрессии данного белка. Все эти инфекции сопровождаются гемолитической анемией.
Было установлено, что в активации NLRP12 важную роль играют мембранные рецепторы TLR2 и TLR4. Выключение генов этих рецепторов снижало экспрессию NLRP12. Рецепторы TLR в первую очередь активируются гемом и PAMP, а уже затем передают сигналы в клетку. В результате, как считают исследователи, повышается активность путей NF-kB и ERK, а потом индуцируется синтез индуцируемого интерфероном транскрипционного фактора IRF1, который, в свою очередь, активирует NLRP12.
Исследователи проверили роль NLRP12 в патогенезе заболевания на мышах. Животным вводили фенилгидразин, который вызывает гемолиз, и липополисахарид. Количество гема и железа в крови у них повышалось. Возрастали также маркеры повреждения канальцев почек — мочевина и креатинин. У мышей с выключенным геном Nlrp12 показатели мочевины и креатинина были ниже. Помимо этого, гистология почек показала меньшую степень повреждения канальцев у мышей с нокаутом Nlrp12.
Итак, исследователи выяснили механизм клеточной гибели, обусловленной влиянием гема разрушенных эритроцитов. Главную роль в этом процессе играют рецепторы NLRP12, которые стимулируют образование ПАНоптосом. Ученые надеются, что NLRP12 могут стать новой терапевтической мишенью для прапаратов против опасных осложнений воспалительных реакций, вызванных гемолизом.
Стрептококк для маскировки одевается в мембрану эритроцитов
Источник
Sundaram B, et al. NLRP12-PANoptosome activates PANoptosis and pathology in response to heme and PAMPs. Cell. 2023 May 29:S0092-8674(23)00524-X. DOI: 10.1016/j.cell.2023.05.005.