İnflamasyonda ve Apoptozda Önemli bir Aktör: NLRP3 İnflamazomu

Tanım

İnflamasyon temelde, vücudun kendinde oluşan enfeksiyonlara ve doku hasarlarına karşı vermiş olduğu bir yanıttır. Kısaca özetlenirse bu durum, vücudun bu tarz olumsuz koşullara karşı kendini korumaya almasıdır.

Açıklama

Vücut, immün sistem elemanlarını enfekte olmuş doku bölgesine yönlendirerek buradaki patojenlerin temizlenmesini ve doku hasarının giderilmesini hedefler. Bu sayede o bölgede inflamatif yanıt giderilmiş ve doku hasarı iyileşmiş olur [1]. Hücresel düzeyde belirli patojenleri ve hasarları tanımlayabilen reseptörler mevcuttur. Bu reseptörlere örüntü tanıma reseptörleri (PRR) adı verilir. Bu reseptörler, patojen ilişkili moleküler örüntüler (PAMP) ya da hasar ilişkili moleküler örüntüler (DAMP) tarafından etkinleştirilir [2,3].

İmmün sistem elemanlarını etkinleştirecek birtakım sitokinler ve kemokinler de mevcuttur. Bu moleküller inflamatif süreçleri etkinleştirebilir ya da inhibe edebilir. İnflamatif süreçlerde rol oynayan başlıca sitokinlere İnterlökin-6 (IL-6), Tümör nekroz faktör (TNF), İnterferon-beta (IFN-b) örnek verilebilir [4]. Bu sitokinler aynı zamanda ER/Golgi yolağı yoluyla salınarak transkripsiyonel düzeyde düzenlenirler. Sitokinler içerisinde IL-1b ve IL-18 gibi proinflamatuvar sitokinler kaspaz-1, 4 ve 5 gibi belirli inflamatuvar kaspazlar tarafından etkinleştirilir [5]. Bu kaspazlar, etkinleşebilmeleri için bir inflamazom kompleksi içerisine dahil olmak zorundadırlar. Bu kompleksler çoklu molekülleri içeren inflamatif komplekslerdir. Ayrıca Kaspaz-1, gasdermin D (GSDMD) molekülünü ayırarak plazma membranında porlar oluşturmasına olanak sağlar. Bu sayede, hücre ölümünün proinflamatuvar biçimi yani piroptoz oluşarak inflamasyonun yayılmasını önler [6-9].

18 [10,11]. Yapılan çalışmalarda inflamazomda görev alan NLRP2, NLRP6, NLRP7 gibi başka inflamazomların olduğu da rapor edilmiştir [12]. PRR’lar içerisinde NLRP3, AIM2 ve apoptoz ilişkili nokta benzeri protein (ASC) içeren kaspaz alım alanı (PYCARD) prokaspaz-1’in inflamazom içerisine alımını kolaylaştırır [13].

Görselde (Şekil 1) de görüldüğü üzere Makrofajlarda inflamazomun oluşumu iki şekilde gerçekleşir. Kanonik olmayan inflamazom’da hücre içi bir lipopolisakkaritin (LPS) prokaspaz 4,5 ve 11’i uyararak GSDMD’i etkinleştirir ve bu yolla IL-1b ve IL-18 etkinleştirilir. Kanonik inflamazom oluşumunda ise NLRP1, NLRP3 ve diğer inflamazom komplekslerinin bir araya gelmesiyle Kaspaz-1 etkinletirilir ve proinflamatuvar olan IL-1b ve IL-18 inflamatif hale getirilerek inflamasyon başlatılır [14].

NLRP3’ün pyrin alanı ASC’nin pyrin alanı ile etkileşimde bulunarak inflamazom birleşimini sağlar [15]. NLRP3’ün etkinleşmesini oligomerizasyon takip eder. NOD alanı ATPaz etkinliğini sağlayarak NLRP3’ün oligomerizasyonunu sağlar. NLRP3’ün aksine NLRP3 inflamazom kompleksi birbirinden farklı birçok uyarıcı tarafından etkinleştirilebilir [16]. Uyaranların çeşidi, uyarılmanın yolağı gibi farklı etmenler, NLRP3 inflamazom kompleksinde iki sinyal modeli olduğunu göstermektedir.

Şekil 2’de görüldüğü üzere, NLRP3 ikili sinyal modelinde, makrofajlarda sinyal 1 olarak tanımlanan hazırlık evresinde, IL-1b, TNF ve PAMP gibi belirli sitokin ve ligandların etkisiyle IL-1R, TNFR gibi reseptörler uyarılır. PAMP’ın etkinleştirdiği midozom kompleksi ise TRIF, MyD88, IRAK-1 ve 4 gibi protein elemanlarından oluşmaktadır. FADD, Kaspaz-8 ve NOD1/NOD2 gibi proteinlerin birleşerek NF-kB kompleksini oluşturmaları görülmektedir. Aynı şekilde JNK1, PKD ve BRCC3 gibi proteinler de bir araya gelerek NLRP3 kompleksinin oluşumuna katkıda bulunurlar. Hem NLRP3’ün etkisiyle hem de NF-kB’nın etkisiyle Pro IL-1b uyarılır ve inflamasyon başlamış olur. Sinyal 2 olarak tanımlanan etkinleşme evresinde birçok faktör işin içerisine dahil olmaktadır. P2X7 kanalından giren potasyum (K) akışı, Panneksin-1 kanalından ATP çıkışı, hücre içi klor (Cl) iyonlarının çıkışı gibi etmenler dolaylı yoldan NLRP3 inflamazom kompleksini uyarmaktadır. K akışı aynı zamanda bir inflamazom elemanı olan Nek7’yi etkinleştirerek kompleksin oluşumunu sağlar. Ayrıca mitokondriyal süreçler de NLRP3 kompleksinin oluşumuna dahil olmaktadır [17].

Kaynaklar:

1. Medzhitov R. Origin and physiological roles of inflammation. Nature.2008;454(7203):428–435.
2. Medzhitov R, Janeway CA. Innate immunity: the virtues of a nonclonal system of recognition. Cell. 1997;91(3):295–298.
3. Matzinger P. Tolerance, danger, and the extended family. Annu Rev Immunol. 1994;12:991–1045.
4. Groslambert, M., & Py, B. (2018). Spotlight on the NLRP3 inflammasome pathway. Journal of Inflammation Research, Volume 11, 359–374. doi:10.2147/jir.s141220
5. Knodler, L. A., Crowley, S. M., Sham, H. P., Yang, H., Wrande, M., Ma, C., Ernst, R. K., Steele-Mortimer, O., Celli, J., & Vallance, B. A. (2014). Noncanonical inflammasome activation of caspase-4/caspase-11 mediates epithelial defenses against enteric bacterial pathogens. Cell host & microbe, 16(2), 249–256. https://doi.org/10.1016/j.chom.2014.07.002
6. Fink, S.L.; Cookson, B.T. Caspase-1-dependent pore formation during pyroptosis leads to osmotic lysis of infected host macrophages. Cell. Microbiol. 2006, 8, 1812–1825. [CrossRef] [PubMed]
7. Shi, J.; Zhao, Y.;Wang, K.; Shi, X.;Wang, Y.; Huang, H.; Zhuang, Y.; Cai, T.;Wang, F.; Shao, F. Cleavage of GSDMD by inflammatory caspases determines pyroptotic cell death. Nature 2015, 526, 660–665.[CrossRef][PubMed]
8. Kayagaki, N.; Stowe, I.B.; Lee, B.L.; O’Rourke, K.; Anderson, K.; Warming, S.; Cuellar, T.; Haley, B.;Roose-Girma, M.; Phung, Q.T.; et al. Caspase-11 cleaves gasdermin D for non-canonical inflammasome signalling. Nature 2015, 526, 666–671. [CrossRef]
9. He, W.; Wan, H.; Hu, L.; Chen, P.; Wang, X.; Huang, Z.; Yang, Z.-H.; Zhong, C.-Q.; Han, J. Gasdermin D is an the executor of pyroptosis and required for interleukin-1 secretion. Cell Res. 2015, 25, 1285–1298. [CrossRef]
10. Sharma, D.; Kanneganti, T.-D. The cell biology of inflammasomes: Mechanisms of inflammasome activation and regulation. J. Cell Biol. 2016, 213, 617–629. [CrossRef] [PubMed]
11. Lamkanfi, M.; Dixit,V.M. Mechanisms and Functions of Inflammasomes. Cell 2014, 157, 1013–1022. [CrossRef][PubMed]
12. Rathinam, V. A., & Fitzgerald, K. A. (2016). Inflammasome Complexes: Emerging Mechanisms and Effector Functions. Cell, 165(4), 792–800. https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.03.046
13. Fernandes-Alnemri, T.; Wu, J.; Yu, J.-W.; Datta, P.; Miller, B.; Jankowski, W.; Rosenberg, S.; Zhang, J.; Alnemri, E.S. The pyroptosome: A supramolecular assembly of ASC dimers mediating inflammatory cell death via caspase-1 activation. Cell Death Dier. 2007, 14, 1590–1604.
14. Groslambert, M., & Py, B. (2018). Spotlight on the NLRP3 inflammasome pathway. Journal of Inflammation Research, Volume 11, 359–374. doi:10.2147/jir.s141220
15. Vajjhala, P.R.; Mirams, R.E.; Hill, J.M. Multiple binding sites on the pyrin domain of ASC protein allow self-association and interaction with NLRP3 protein. J. Biol. Chem. 2012, 287, 41732–41743. [CrossRef][PubMed]
16. Lamkanfi, M.; Kanneganti, T.-D. Nlrp3: An immune sensor of cellular stress and infection. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2010, 42, 792–795.
17. Kelley, N., Jeltema, D., Duan, Y., & He, Y. (2019). The NLRP3 Inflammasome: An Overview of Mechanisms of Activation and Regulation. International Journal of Molecular Sciences, 20(13), 3328. doi:10.3390/ijms20133328

Görsel Kaynak: https://www.tocris.com/cell-biology/inflammasomes 

Editör: Seray YETKİN