A piroptózis a programozott nekrotikus sejthalál egyik fajtája , amelyben a kaszpáz 1 aktiválódása következtében a plazmamembrán integritása megsérül , és a sejt tartalma gyorsan kiszabadul. A piroptózis jellegzetes jellemzője az IL-1β és IL-18 interleukinok kaszpáz 1-függő aktív szekréciója a sejt által , ami gyulladáshoz vezet . A piroptózis a veleszületett immunitás védőmechanizmusaként szolgál , korlátozza az intracelluláris kórokozók szaporodását , azonban az ilyen típusú sejthalál nem korlátozódik a bakteriális fertőzésekre [1] .
A piroptózis jelenségét először Arturo Zichlinski és munkatársai írták le 1992-ben, amikor a Shigella flexnerivel fertőzött makrofágok elhalásának litikus formáját tanulmányozták . Eleinte az ilyen típusú sejthalált összetévesztették az apoptózissal , mivel kiderült, hogy az apoptózisban rejlő néhány jellemző jellemzi: DNS-fragmentáció, nukleáris kondenzáció és kaszpázoktól való függés . Újabban a Salmonella enterica subsp. enterica ( Typhimurium serovar ); kiderült, hogy kaszpáz 1 függő és teljesen különbözik az apoptózistól. A "piroptózis" kifejezést 2001-ben javasolták rá [1] . A görög "pyro" gyök jelentése "tűz", jelezve a halál ezen formájának gyulladásos természetét, a "ptosis" ("esés") pedig a sejthalál egyéb formáinak elnevezésében használatos [2] .
A piroptózist számos kritérium határozza meg. Először is, a piroptózist gyulladásos kaszpázok programozzák. A piroptózis megköveteli a kaszpázok proteolitikus aktivitását, de nem autoproteolitikus feldolgozást (vagyis a kaszpázok egymásba vágását, ami aktiválódásukhoz vezet). A piroptózis legtöbb esetben a kaszpázok eltérően aktiválódnak, vagyis nem egymás elvágásával, hanem egy speciális komplex, a CARD domént tartalmazó inflammaszóma közvetlen közreműködésével . Másodszor, a gyulladásos kaszpázok aktiválása pórusok képződéséhez vezet a plazmamembránban , és a sejt átjárhatóvá válik a kis molekulatömegű festékekkel szemben, amelyek számára a membrán nem átjárható, mint például: 7-aminoactinomycin D (7-AAD) , bromid etidium (EtBr) és propidium-jodid (PI). Úgy tűnik, ezeknek a pórusoknak az átmérője 1,1–2,4 nm. Ezzel szemben apoptózisban a sejtmembrán érintetlen marad, és a sejt apoptotikus testekké bomlik, amelyek nem festődnek 7-AAD-vel vagy PI-vel [2] .
A membrán integritásának megsértése után az ionok és a víz behatol a sejtbe, aminek következtében a sejt megduzzad és lízisen megy keresztül , tartalmát kifelé engedve. Miután a membrán megsemmisül, a plazmamembrán belső oldala ki van téve az extracelluláris folyadéknak, és ezért annexin V -vel megfesthető, amely a foszfatidil-szerinhez (PS) kötődik , egy foszfolipidhez , amely csak a membrán belső oldalán található. sejt membrán. Az apoptózis során a flippáz a PS-t a membrán külső rétegébe mozgatja, lehetővé téve az annexin V-vel való festést. Így az annexin V-vel történő festés nem teszi lehetővé az apoptózis és a piroptózis megkülönböztetését [2] .
Harmadszor, a piroptózis során a sejtekben DNS fragmentáció lép fel , és a TUNEL analízis pozitív eredményt ad, de nem olyan intenzív, mint az apoptózis során. Ezenkívül a DNS ( DNS létra ) „létrahatása” a piroptózisban gyengén kifejeződik. Az apoptózishoz hasonlóan kromatin kondenzáció történik , de a sejtmag érintetlen marad. Az apoptózis során a DNS -károsodást a kaszpáz-aktivált DNáz (CAD) közvetíti , míg a piroptózis során ez az enzim az ICAD - gátlójához kötve marad (bár a kaszpáz 1 képes hasítani az ICAD -t in vitro körülmények között). A piroptózishoz azonban nem szükséges a DNS roncsolása, és a DNS fragmentáció nukleázgátlókkal való elnyomása nem akadályozza meg a sejtlízist [2] .
Végül, a nem programozott nekrotikus lítikus sejthalálban a DNS-károsodás aktiválja az ADP-ribóz polimerázt (PARP), amely NAD + -ot fogyaszt , ezáltal csökkenti az ATP szintjét a sejtben. Az apoptózis effektor kaszpázai hasítják és inaktiválják a PARP-t, fenntartva az ATP szintjét a sejtben, amely elegendő az apoptózis további lefolyásához. A Salmonella typhimurium által kiváltott piroptózis azonban nem inaktiválja a PARP-t, bár az in vitro kaszpáz 1 képes levágni a PARP-t. Nem ismert, hogy a kaszpáz 11 képes-e hasítani az ICAD-t vagy a PARP -ot in vitro , mint a kaszpáz 1. A PARP-t nem tartalmazó makrofágok sikeresen átestek piroptózison, így a PARP-ra nincs szükség a piroptózishoz. Kimutatták, hogy in vitro a PARP-1 nukleáris faktor-κB ( NF-κB ) kofaktorként működhet a lipopoliszacharid (LPS) által indukált kaszpáz 11 transzkripció szabályozásában. A PARP-1 shRNS leütése azonban nem volt hatással az interferon-γ (IFN-γ) által indukált kaszpáz 11 transzkripcióra, így úgy tűnik, hogy a PARP-1 nem vesz részt a kaszpáz 11 által közvetített piroptózisban. sejthalál ( nekroptózis ); a piroptózis, apoptózis és nekroptózis közötti fő különbségeket az alábbi táblázat foglalja össze [2] [3] .
Hasonlítsa össze a paramétert | piroptózis | apoptózis | Necroptosis |
---|---|---|---|
Gyulladás | Van | Nem | Van |
Litikus/nem litikus | lítikus | nem litikus | lítikus |
Kezdeményező kaszpázok | Kaszpázok 1, 4, 5, 11 | Kaszpázok 2, 8, 9, 10 | Nem |
Effektor kaszpázok | Nem | Kaszpázok 3, 6, 7 | Nem |
DNS-károsodás Lépcsőházhatás |
Nem |
Van |
Nem |
TUNEL elemzés | Pozitív | Pozitív | Pozitív |
Az ICAD megsemmisítése | Nem | Igen | Nem |
Kromatin kondenzáció | Igen | Igen | Nem |
Kernel integritása | Igen | Nem | Igen |
Pórusok kialakulása a membránban | Igen | Nem | Igen |
A PARP megsemmisítése | Nem | Igen | Nem [4] |
Annexin V festés | pozitív | pozitív | pozitív |
A piroptózist olyan veszélyjelek váltják ki, amelyeket az extra- és intracelluláris környezetben a mintázatfelismerő receptorok két csoportja ismer fel : a citoplazmában található Nod-like receptorok (NLR) és a plazmamembránban található Toll-like receptorok (TLR) [5] ] . Ezeket a veszélyjelzéseket a kórokozó szervezetek bocsáthatják ki, amikor a szövetek károsodnak [6] . Amikor magához a sejthez tartozó intracelluláris bakteriális, vírusos vagy veszélyjelzések kötődnek az NLR -hez, megindul a multiprotein komplex , az inflammaszóma (az angol gyulladás - gyulladás szóból) összeállítása. Az inflammaszóma összeépülése a kaszpáz 1 aktiválásához vezet, amely a gyulladást elősegítő citokinek képződéséhez és felszabadulásához szükséges [7] . A leginkább tanulmányozott inflammaszóma, az NLRP3 három fő doméntípussal rendelkezik : leucinban gazdag ismétlődő [en] (LRR) domének, központi nukleotid kötő oligomerizációs domén (NBD) és N-terminális pirin domén . PYD) [8] . A kaszpáz 1 és az NLRP3 az adapterfehérjén ASC keresztül lép kölcsönhatásba . Az ASC tartalmaz egy kaszpáz aktivációs és toborzási domént ( CARD domain ), amely a pro-kaszpáz 1-hez kötődik, és elősegíti annak aktiválását a CARD doménjével való kölcsönhatás révén [9] . Ennek eredményeként az 1. procaspázok közelednek egymáshoz, dimerizálódnak és p10 és p20 fragmentumokra vágják egymást, amelyek képesek a pro-IL-1β és pro-IL-18 feldolgozására. Más esetekben a gyulladás aktiválja a kaszpáz 1-et más , CARD vagy PYD domént tartalmazó fehérjéken keresztül [10] .
A kaszpáz 1 kulcsfontosságú szerepét a piroptózisban 1995-ben [11] igazolták kaszpáz 1 knockout egerekkel végzett kísérletekben : sejtjeik nem voltak képesek piroptózisra. 2011-ben azonban kimutatták, hogy ezek az egerek egyidejű mutációt is hordoztak a kaszpáz 11 génben . Ezért a kaszpáz 11 ( a humán ortológok a kaszpázok 4 és 5 ) szintén fontos szerepet játszik a piroptózisban és az intracelluláris kórokozók elleni veleszületett védekezésben. Ezenkívül a kaszpáz 11 fokozhatja a kaszpáz 1 aktiválását Gram-negatív bakteriális fertőzésekben , így mindkét kaszpáz piroptózist indíthat el [1] .
A kaszpázok proteolitikus aktivitása szükséges a piroptózis átjutásához , és a piroptózis során számos, a sejt működéséhez és túléléséhez szükséges fehérje elpusztulása vagy szétesése következik be. Napjainkig a kaszpáz 1 számos célpontja ismert, köztük a citoszkeleton fehérjéi, az intracelluláris transzport, a transzláció és a kulcsfontosságú metabolikus útvonalak (például a glikolitikus enzimek : aldoláz , trióz foszfát izomeráz , gliceraldehid-3-foszfát dehidrogenáz , enoláz és piruvát kináz ). Ezenkívül a kaszpáz 1 más kaszpázokat is feldolgoz: a 4-es, 5-ös és 7-es kaszpázokat. Bár a kaszpáz 7 az apoptózis effektor kaszpáza , a piroptózisra történő aktiválása opcionális, ami különbségeket jelez e két sejttípus jelátviteli útvonalában. halál [12] .
A piroptózis korai lépése kis kationáteresztő pórusok kialakulása a sejtmembránban . Ez megzavarja a sejt ionegyensúlyát , és duzzadásához és líziséhez vezet . Ezeken a pórusokon keresztül Ca 2+ -ionok jutnak be a sejtbe , amelyek a kaszpáz 1-hez kapcsolódó számos sejtes eseményben vesznek részt. A sejtlízist megelőzi a sejtmag kondenzációja , DNS fragmentáció , valamint IL-1β és IL- szekréció. 18. A kalcium elősegíti a lizoszómák exocitózisát is , amelyek "bezárják" a membrán réseit, és lehetővé teszik az antimikrobiális vegyületek felszabadulását. Ezek a vegyületek elpusztítják a baktériumokat az intracelluláris környezetben. Ezenkívül a fagocitált részecskék és az intracelluláris kórokozók exocitózissal szabadulnak fel a sejtlízis előtt [12] .
A piroptózis során a sejtből az úgynevezett károsodással összefüggő molekuláris minták (DAMP) szabadulnak fel , amelyek erős gyulladást elősegítő faktorokként működnek Ide tartoznak az ATP , DNS , RNS , hősokk fehérjék . A DAMP gyulladásos folyamatokat vált ki a sejtekben, aktiválja a citokinek felszabadulását, és fokozza a T-sejtek specifikus célpontokhoz való célzását. Az egyik DAMP, a HMGB1 , különleges szerepet játszik a piroptózisban. A HMGB1 egy nukleáris transzkripciós faktor , amely a piroptózis során kifelé szabadul fel, és aktiválja a celluláris TLR4 és RAGE receptorokat , amelyek viszont aktiválják a citokin felszabadulását és a sejtmigrációt. Kimutatták, hogy a HMGB1 önmagában, IL-1β, IL-18 és más DAMP-ok nélkül gyulladást okozhat [12] .
Az eikozainoid csoport jelzőlipidjei , mint például a leukotriének és a prosztaglandinok , növelik a vérerek permeabilitását és elősegítik a gyulladást. 2012-ben kimutatták, hogy a kaszpáz 1 aktiválását követő kalcium beáramlás indukálhatja az eikozainoidok szintézisét . Ugyanakkor a glicin , amely gátolja a sejtlízist, de nem gátolja a kaszpáz 1-hez kapcsolódó szekréciós útvonalakat, nem gátolja az eikozanoidok felszabadulását, megerősítve, hogy valóban kiválasztódnak, és nem szivárognak passzívan a külső környezetbe a membrán növekedésével. áteresztőképesség. Az eikozainoid jelátviteli utak nem mindig kapcsolódnak a kaszpáz 1 aktiválásához, de nagyon gyors és erős gyulladáskeltő jelet képviselnek, amelyet a kaszpáz 1 vált ki [12] .
Számos tanulmány kimutatta, hogy a kaszpáz 1 aktivációja és az autofágia antagonista egymással: az aktív kaszpáz 1 elnyomja az autofágiát, míg az autofágia zavarja a kaszpáz 1 aktivációját, és csökkenti az IL-1β és a gyulladások mennyiségét a citoszolban [12] .
A piroptózisnak mint olyan mechanizmusnak a jelentőségét, amely eltávolítja a kórokozókat abból az extracelluláris környezetből, amelyhez alkalmazkodtak, alátámasztja az a tény, hogy sok kórokozó rendelkezik olyan mechanizmussal, amely elkerüli ezt a veleszületett immunválaszt. Ezek a kórokozók baktériumok és vírusok egyaránt lehetnek . Általában három fő irányvonalon alapulnak a piroptózis elkerülésének ezek a mechanizmusai.
Érdemes hangsúlyozni, hogy a kórokozótól függően fontos lehet, hogy ne csak a piroptózist, hanem az interleukin IL-1b és/vagy IL-18 (vagy csak azt, a piroptózis gátlása nélkül) szekrécióját is gátolja [2] .
Az alábbi táblázat összefoglalja azokat a stratégiákat, amelyeket különböző kórokozók alkalmaznak a piroptózis elkerülésére [2] .
kórokozó | Stratégia | Effektor | Inflammasoma/kaspáz |
---|---|---|---|
Salmonella typhimurium baktérium |
flagellin expresszió gátlása (aktiválja a gyulladásokat) Ligandumok módosítása Baktériumokat tartalmazó vakuolák stabilitásának fenntartása |
Flagellin T3SS SifA |
NLRC4 NLRC4 NLRC4/ NLRP3 |
Francisella | Az LPS alternatív szerkezete, amelyet a kaszpáz nem ismer fel 11 A sejtfal stabilitásának fenntartása |
Tetraacetilezett LPS CRISPR-Cas |
Kaszpáz 11 AIM2 |
Listeria | A flagellin expresszió elnyomása Listeriolysin O (LLO) expressziójának korlátozása vakuólumokkal |
Flagellin/MogR LLO |
NLRC4 NLRP3 |
pseudotuberculosis | A kaszpáz 1 aktiválásának elnyomása | YopM | Kaszpáz 1 |
Legionella pneumophila | A vakuolák stabilitásának megőrzése | ShdA | NLRC4, AIM2 , kaszpáz 11 |
flexneri | A kaszpáz 1 aktiválásának elnyomása | OspC3 | Kaszpáz 4 |
Vírusok Myxomatosis vírus |
A kaszpáz 1 aktiválásának elnyomása |
M13L-PYD |
Kaszpáz 1 |
Vaccinia vírus | A kaszpáz 1 aktiválásának elnyomása | CrmA | Kaszpáz 1 |
Kaposi-sarcoma herpes simplex vírus (KHSV) | Az NLRP1 gyulladás elnyomása | Orf16 | NLRP1 |
A fenti baktériumokon kívül olyan baktériumok, mint az Anaplasma phagocytophilum , Burkholderia thailandensis , Burkholderia pseudomallei [10] rendelkeznek a piroptózis elkerülésére szolgáló mechanizmusokkal . Ezen túlmenően, a gyulladások bizonyos protozoafertőzések kialakulásához kapcsolódnak , például a Trypanosoma cruzi , Toxoplasma gondii , Plasmodium spp. és Leishmania [13] .
Mint fentebb említettük, a piroptózis a veleszületett immunitás fontos védekező mechanizmusa, mivel gyulladásos folyamatot vált ki. Ezenkívül a piroptózis a nekroptózissal együtt fontos mechanizmusként szolgál a fertőzött sejtek eltávolításában. A szisztémás fertőzések azonban ez kiterjed a vérképző ős- és progenitor sejtekre is , ami károsodott vérképzést, citopéniát és immunszuppressziót eredményez [14] . A tartós gyulladás azonban számos betegséggel jár, beleértve az anyagcserezavarokat , az autoinflammatorikus rendellenességeket és a májkárosodást [15] .
Az NLRP3 inflammaszóma és a kaszpáz 1 expressziós szintje közvetlenül összefügg az olyan anyagcserezavarok tüneteinek súlyosságával, mint az elhízás és a 2 es típusú diabetes mellitus . Ez a kaszpáz 1 IL-1β és IL-18 szintre gyakorolt hatásának köszönhető, amelyek rontják az inzulinszekréciót . Ha a kaszpáz 1 túlzottan expresszálódik, a sejtek glükózfelvétele csökken , és kialakul az inzulinrezisztencia néven ismert állapot [16] . Továbbá, ez tovább súlyosbodik, mivel az IL-1β a hasnyálmirigy β-sejtek pusztulását idézi elő [17] .
A gyulladásos komponenseket kódoló gének mutációi a kriopirinopátia néven ismert autoinflammatorikus betegségek kialakulásához vezetnek. Ezek a betegségek közé tartozik a Muckle-Wales-szindróma , a hidegallergia és az újszülöttkori többrendszerű gyulladásos betegség [18] . Mindegyikre jellemző a hirtelen fellépő hő- és lázroham, valamint helyi gyulladások; ezek a hatások az IL-1β túlzott képződésének tulajdoníthatók [19] .
Bizonyíték van arra, hogy a kaszpáz 1 más, sejthalálhoz és gyulladáshoz kapcsolódó betegségek patogenezisében is szerepet játszik, mint például: szívizominfarktus , agyi ischaemia , neurodegeneratív betegségek , gyulladásos bélbetegség és endotoxin sokk [10] . Lehetséges, hogy a piroptózis összefügg a szisztémás lupus erythematosus kialakulásával [20] . A hőguta során fellépő májkárosodás a piroptózis következménye [21] .
Egy 2014-es tanulmány kimutatta, hogy HIV-fertőzés esetén piroptózis áll a CD4+ T-sejtek számának csökkenésében és a gyulladásban [22] [23] , amely két jellemző esemény a HIV -fertőzés AIDS - stádiumba való átmenete során következik be . A HIV-fertőzés piroptózisa miatt "ördögi kör" jön létre: a piroptózis következtében elpusztuló T-sejtek gyulladást elősegítő jeleket bocsátanak ki, amelyek más T-sejteket vonzanak a fertőzött limfoid szövethez , ahol szintén elhalnak; így krónikus gyulladás és szövetpusztulás alakul ki. Lehetséges, hogy a biztonságos és hatékony kaszpáz 1 gátlók megtörhetik ezt a ciklust. Ezek a szerek új HIV-ellenes gyógyszerekké válhatnak, amelyek nem magára a vírusra, hanem a gazdaszervezetre hatnak. Érdekes módon a kaszpáz-1-hiányos egerek nem mutatnak látható rendellenességeket, és normálisan fejlődnek, így e fehérje gátlása nem okoz jelentős mellékhatásokat HIV-fertőzött emberekben [24] [11] [22] .
A sejthalál típusai | |
---|---|
nem programozható | Elhalás |
Programozható |
|