При аутовоспалительных заболеваниях мембраны нейтрофилов разрываются из-за двух родственных белков

Криопирин-ассоциированные периодические синдромы (КАПС) — группа редких наследственных аутовоспалительных заболеваний, ассоциированных с мутациями в гене NLRP3. Эти мутации способствуют сборке и активации инфламмасомы — сложного иммунного сенсора, сборка которого сдерживается в состоянии покоя. Активация NLRP3-инфламмасомы приводит к системному и тканевому воспалению с преобладанием нейтрофильного компонента. Авторы статьи в Science Signaling установили, что два белка из семейства гасдерминов способствуют пироптозу нейтрофилов и тем самым вносят вклад в патогенез КАПС. 

Сперва ученые проанализировали иммунофенотип нейтрофилов в крови пациентов с КАПС и здоровых контрольных лиц. В нейтрофилах пациентов, даже в периоды отсутствия симптомов, был повышен уровень внутриклеточного IL-1β, тогда как у здоровых людей он не определялся. Авторы выявили три основных субпопуляции нейтрофилов, отличавшихся по уровню IL-1β (от низкого до высокого), и показали, что среднее содержание этого интерлейкина в субпопуляции с высоким уровнем коррелировало с тяжестью заболевания. 

Изучение молекулярных механизмов патогенеза КАПС проводили на мышиной модели. Авторы получили две линии мышей с разными мутациями NLRP3, которые вызывают тяжелую (вплоть до ранней летальности) или более мягкую форму заболевания. Животным также провели нокаут гасдермина D — белка, который расщепляется активированной каспазой 1 (она также процессирует предшественник IL-1β в зрелый интерлейкин) и формирует поры в плазматической мембране. Эти поры обеспечивают выход IL-1β из клетки, а также способствуют пироптозу — клеточной гибели, которая сопровождается разрывом плазматической мембраны. Отсутствие гасдермина D отсрочивало развитие летального аутовоспаления, а дополнительное отсутствие родственного ему гасдермина E обеспечивало еще более выраженную защиту. 

Основное клиническое проявление КАПС как у людей, так и у мышей — это нейтрофильный дерматоз. Ученые оценили количество и размер очагов поражения кожи у новорожденных мышат. При дефиците гасдермина D или E наблюдалось меньшее количество очагов поражения на одну особь, а сами очаги были меньшего размера. 

Анализ иммунофенотипа методом проточной цитометрии показал, что нейтрофилы, инфильтрирующие кожу мышей, характеризуются незрелым фенотипом и повышенным содержанием IL-1β. Авторы проанализировали динамику секреции IL-1β у мышей с КАПС и показали, что гасдермин D необходим для секреции основной части пула IL-1β в течение первых 60 минут; по прошествии 90 минут в ней начинает клад в секрецию начинает вносить гасдермин E, а через 120 минут происходит переключение на неизвестный механизм секреции, не зависящий от гасдерминов. При этом гасдермины D и E на ранних этапах участвуют в секреции IL-1β независимо друг от друга, а на более поздних этапах действуют синергично. 

Затем исследователи проверили, как мутации, активирующие NLRP3, влияют на выживаемость нейтрофилов. Для этого они отслеживали жизнеспособность клеток после стимуляции толл-подобных рецепторов (TLR) с помощью визуализации живых клеток и проточной цитометрии. Оказалось, что как гасдермин D, так и гасдермин E способствует пироптозу нейтрофилов. 

С помощью конфокальной микроскопии высокого разрешения ученые визуализировали локализацию гасдерминов в нейтрофилах. Они обнаружили, что в процессе пироптоза гасдермины D и E не просто локализуются на плазматической мембране — по-видимому, это происходит скоординированно, и их расположение способствует более эффективному разрыву мембраны. У самой мембраны на ранних стадиях пироптоза повышалась жесткость, что дополнительно могло облегчать ее разрыв. 

Таким образом, в пироптозе нейтрофилов при КАПС участвуют гасдермин D и гасдермин E, хотя последний — в меньшей степени. При активации NLRP3-инфламмасомы они привлекаются к плазматической мембране и формируют крупные поры, через которые высвобождается IL-1β, что усиливает воспаление. Одновременно с этим такие поры способствуют разрыву клеточной мембраны и пироптотической гибели нейтрофилов.

Почему мутации в гене пирина приводят к аутовоспалению