Informácie

F6. Inflammasóm - Biológia

F6. Inflammasóm - Biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Leto 17 Myslite na veci, pred ktorými by vás mal chrániť váš imunitný systém. A samozrejme, chcete byť chránení pred sebou samým v tom, že nechcete aktivovať svoj imunitný systém pomocou vlastných antigénov. Ale čo „nebiologické“ molekuly ako oxid kremičitý alebo azbest, ktorých prítomnosť môže byť škodlivá? A čo normálne biomolekuly (proteíny, nukleové kyseliny), ktoré sa náhle ocitnú v nesprávnej bunkovej polohe v dôsledku bunkovej smrti nekrózou alebo fyzickým poranením?

V predchádzajúcej časti sme diskutovali o tom, ako majú vrodené imunitné bunky (dendritické bunky, makrofágy, eozinofily atď.) receptory, ktoré rozpoznávajú bežné patogénne asociované molekulárne vzory (PAMP) ako sú lipopolysacharidy (LPS) na povrchu baktérií, manóza na baktériách a kvasinkách, bičík z bakteriálnych bičíkov, dsRNA (z vírusov) a nemetylované CpG motívy v bakteriálnej DNA. Tieto antigény sú rozpoznávané receptormi rozpoznávania vzorov (PRR) - konkrétne Toll-like Receptors (TLR) 1-10. Patria sem TLR plazmatickej membrány (TL4 pre LPS, TL5 pre flagelín, TLR 1, 2 a 6 pre membránové a stenové zložky húb a baktérií) a intracelulárne endozomálne TLR (TLR3 pre dsRNA, TLR 7 a 8 pre ssRNA a TLR9 pre dsDNA)

Molekulárne vzory spojené s poškodením (DAMP) sa typicky nachádzajú na molekulách uvoľnených z bunky alebo intracelulárnych kompartmentov pri poškodení buniek (odtiaľ názov DAMP). Mnohé sú jadrové alebo cytoplazmatické proteíny uvoľňované z buniek. Tie by sa teraz ocitli v oxidačnom prostredí, ktoré by ďalej menilo ich vlastnosti. Bežné proteíny DAMP zahŕňajú proteíny tepelného šoku, históny a proteíny skupiny s vysokou mobilitou (oba jadrové) a cytoskeletálne proteíny. Zamyslite sa nad tým, aké neproteínové molekuly by sa mohli uvoľniť z poškodených buniek, čo by mohlo spôsobiť problémy? Tu sú niektoré ďalšie bežné neproteínové DAMPS: ATP, kyselina močová, heparín sulfát, DNA a kryštály cholesterolu. Na nesprávnom mieste to možno považovať za nebezpečné signály.

Ak TLR rozpoznávajú PAMP, čo rozpoznáva DAMP? Sú rozoznávané iným typom receptora na rozpoznávanie intracelulárnych vzorov (PRR) tzv KÝVNUTIE (Väzba nukleotidov Oligomerizácia Domain (KÝVNUTIE)- Like Rreceptory resp NLR. NLR tiež rozpoznať PAMP. Proteíny sú tiež pomenované ako Ndoména viažuca nukleotid (NBD) a Leucína-Rich repeat (LRR) – obsahujúce proteíny (NLR)s. Táto rodina proteínov sa podieľa na tvorbe veľkej proteínovej štruktúry nazývanej tzv zápalový. (Prepáčte za viaceré skratky a systémy pomenovania!)

Keďže tak PAMP, ako aj DAMP predstavujú nebezpečenstvo, dávalo by zmysel, že akonáhle rozpoznajú svoje príbuzné PRR (TLR a NLR), že cesty vedúce z obsadených receptorov by sa mohli zblížiť v spoločnom efektorovom systéme na uvoľňovanie zápalových cytokínov z imunitných buniek. Vzhľadom na to, že nekontrolované uvoľňovanie imunitného efektora z buniek pri zápalovej odpovedi môže byť nebezpečné, niekedy by bolo užitočné vyžadovať dva signály na spustenie uvoľňovania cytokínov z bunky. Videli sme túto požiadavku dvoch signálov na aktiváciu T buniek.

Dva takéto zápalové cytokíny sú interleukín 1-beta (IL 1-b) a IL-18. Aktivácia TLR pomocou PAMP vedie k aktivácii silného transkripčného faktora imunitných buniek, NF-kbeta, čo vedie k transkripcii génu pre prekurzor cytokínu, pro-interleukínu 1-beta. Bez špecifického proteolytického štiepenia sa aktívny cytokín z bunky neuvoľní.

Proteáza potrebná na toto štiepenie je aktivovaná signálom vznikajúcim, keď DAMP aktivuje NLR, čo potom prostredníctvom sekvencie interakcií vedie k proteolytickej aktivácii inej neaktívnej proteázy, prokaspáza 1, na veľkom multiproteínovom komplexe nazývanom zápalový. (V neskorších kapitolách uvidíme ďalšie takéto proteínové komplexy s cielenými aktivitami – vrátane spliceozómu, ktorý spája RNA za vzniku mRNA, a proteazómu, ktorý vedie riadenú intracelulárnu proteolýzu). Aktivovaný zápal zápalu aktivuje prokaspázu na produkciu aktívneho proteínu kaspáza (cysteín-asparágová proteáza).

Konvergencia signálov z PAMP aktivácie TLR a DAMP aktivácie NLD v inflammasóme je znázornená na obrázku nižšie.

Aktívny cytokín interleukín 1-beta pomáha získavať vrodené imunitné bunky na miesto infekcie. Ovplyvňuje aj aktivitu imunitných buniek v adaptívnej imunitnej odpovedi (T a B bunky). Aktívny IL-18 vedie k zvýšeniu ďalšieho cytokínu, interferónu gama a tiež zvyšuje aktivitu T buniek, ktoré zabíjajú iné bunky.

Táto kapitola sa zameriava na väzbové interakcie a ich biologické dôsledky. Z tohto hľadiska sa táto časť bude venovať štruktúre a aktivite kaspáz, ktoré aktivujú pro-cytokínový prointerleukín 1 beta, štruktúre a ligandom pre NLR, štruktúre a vlastnostiam zápalu a nakoniec ako „nebezpečné“ molekuly, ako je ATP a kryštály (cholesterol, oxid kremičitý) aktivujú zápal. Bohužiaľ, existuje nespočetné množstvo proteínov spojených s bláznivými skratkami mien. Tieto proteíny majú viacero domén a mnohé z proteínov majú často viacero mien. Ospravedlňujeme sa vopred!

A. kaspázy

Kaspázy (Cys-asp-proteázy), nezamieňať s Cas9 (proteín 9 spojený s CRISPR, RNA riadená DNA endonukleáza) je proteáza, ktorá, ak je aktívna, môže viesť k bunkovej smrti alebo menej prísnym spôsobom spustiť zápalovú odpoveď (niekedy dobré, často zlé alebo dokonca smrteľné). Majú aktívne miesto nukleofilného Cys a štiepia peptidové väzby po Asp v cieľových proteínoch. Všetky kaspázy (13 u ľudí) majú N-koncovú prodoménu, po ktorej nasledujú veľké a malé podjednotky katalytickej domény proteázy. Rovnako ako u iných proteáz sa nachádza ako neaktívny zymogén. Prečo je to dôležité?

Aby sa aktivovali, sú rekrutované do skeletového proteínu, kde sú aktivované odstránením N-terminálnej pro domény zymogénu a potom druhým prerezaním medzi veľkou a malou katalytickou podjednotkou. Enzým, ktorý to robí, je samotná kaspáza v autokatalytickom kroku. Existujú 3 druhy kaspáz, z ktorých dve sa podieľajú na programovanej bunkovej smrti. Budeme diskutovať o spracovaní zápalových cytokínov kaspázou-1. Po aktivácii aktivujú iniciátory ďalšie efektorové (exekučné) kaspázy v bunke). Kaspáza 1 je aktivovaná zápalom.

V kaspáze 1 sa nachádzajú dve hlavné domény, doména náboru kaspázy (CARD), ktorá sprostredkúva samočinnú interakciu so skafoldovými a adaptorovými proteínmi v zápale na aktiváciu, a proteolytická katalytická doména, ako je uvedené nižšie. Všetky štruktúry domén v sekcii boli získané pomocou konzervovaných domén od NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi) alebo nástroja Simple Modular Architecture Research Tool (SMART) na EMBL ( http://smart.embl-heidelberg.de/smart/set_mode.cgi?NORMAL=1 ). Pre proteínové (FASTA) sekvencie sa použil Uniprot (http://www.uniprot.org/uniprot/). Doménu CARD budeme vidieť často.

B: NOD podobné receptorové proteíny (NLRP)

NLRP sú rodinou proteínov s podobnou štruktúrou domény. Štruktúra domény troch (NLRP1, 2 a 3) je uvedená nižšie pomocou dvoch rôznych reprezentácií.

NLRP1, 2 a 3

Tu sú ďalšie mierne odlišné reprezentácie týchto troch proteínov:

NLRP1 (tiež nazývaný NALP1)

NLRP3 (ALEBO NALP3)

NLRP4

Ďalším proteínom v rodine NLR je NAIP (proteín inhibítora apoptózy neurónov). Štruktúra domény pre NAIP1 je uvedená nižšie. Na rozdiel od iných NLR, pre ktoré ešte neboli nájdené špecifické ligandy, sa ukázalo, že niekoľko NAIP viaže špecifické PAMP. NAIP1 viaže ihlový proteín CprI z C.violaceum ktorý začína poháňať zostavu zápalu NLRC4. NAIP2 viaže proteín vnútornej tyčinky bakteriálneho sekrečného systému typu III (ktorý pre Salmonella typhimurium je proteín PrgJ). NAIP5 a NAIP6 viažu bakteriálny bičík (ktorý pre Salmonella typhimurium je proteín FliC).

NAIP1

AAA je reprezentácia druhej domény znamená aktivity súvisiace s ATP v bunke (inak označované ako doména NACHT v hornej reprezentácii).

NAIP2 interaguje s iným adaptérovým proteínom rodiny NLR, NLRC4 (proteín obsahujúci doménu CARD rodiny NLR), za vzniku zápalu. Štruktúra domény NAIP2 je uvedená nižšie:

NAIP2:

Ďalším proteínom rodiny NLR, ktorý sa podieľa na tvorbe zápalu, je NLRC4 (proteín 4 obsahujúci doménu CARD z rodiny NLR)

NLRC4

Všimnite si, že mnohé z týchto proteínov zdieľajú spoločné domény:

  • Pyrín-NALP - Pyrínové domény na rôznych proteínoch sa spájajú prostredníctvom inter-proteínových interakcií Pyrín:Pryín
  • NACHT - Táto doména obsahuje asi 300-400 aminokyselín a môže viazať ATP a môže ho štiepiť (t.j. pôsobiť ako ATPáza)
  • LRR – pre opakovanie bohatého na leucín. Týchto 20-30 aminokyselinových opakovaní sa môže v danom proteíne vyskytnúť až 45-krát. Skladajú sa do tvaru oblúka a zdá sa, že uľahčujú interakcie proteín:proteín. Na konkávnej strane oblúka majú paralelný beta list, zatiaľ čo na konvexnej strane majú alfa špirálu. Tiež sa zdá, že sa podieľajú na väzbe PAMPS a DAMP;
  • KARTA - na aktiváciu a nábor kaspázy. CARD domény na rôznych proteínoch sa spájajú prostredníctvom inter-proteínových interakcií CARD:CARD;
  • BIR - bakulovírusová inhibícia repetície proteínu apoptózy;
  • ASC - škvrnitý proteín spojený s apoptózou obsahujúci doménu adaptéra CARD, ktorá mu umožňuje interagovať s inými proteínmi s doménou CARD.

C. Proteín adaptéra ASC

Malé adaptorové proteíny ako ASC s doménou CARD sprostredkovávajú väzbu kaspáz v apoptozóme (zapojené do apoptózy alebo programovanej bunkovej smrti) a v zápale. Tento menší proteín má dve domény, pyrínovú doménu a CARD doménu. Vyžaduje sa na nábor kaspázy-1 do niektorých zápalov (napríklad tých, ktoré obsahujú NLRP2 a NLRP3

Inflammasóm

Aktívny zápal vo všeobecnosti pozostáva z troch rôznych druhov proteínov, z ktorých niektoré sú prítomné vo viacerých kópiách: NLRP, adaptorové proteíny ako ASC a prokaspázy. Môžu tiež obsahovať ďalšie náborové a ligandové senzorové proteíny. Budeme diskutovať o dvoch typoch používajúcich rôzne NLRP, zápalové NLRP4 a NLRP3.

a. NLRP4 Inflammasóm

V súčasnosti sú najlepšie štrukturálne informácie (získané kryomikroskopiou) pre zápal NAIP2:NLRP4. Obrázky a modely Jsmol nižšie zobrazujú časť komplexu pozostávajúceho z 11 podjednotiek NLRP4 usporiadaných do veľkého kruhu. Skutočný biologický komplex má 1 podjednotku NAIP2 a 10 NLRP4.

Jmol: NAIP2-NLRC4 zápalový (3jbl) Jmol14 (Java) | JSMol (HTML5)

Ako táto štruktúra vzniká? Pravdepodobne by neexistoval v neprítomnosti PAMP alebo DAMP, aby sa minimalizovalo imunitne sprostredkované zápalové poškodenie. Údaje naznačujú, že bakteriálny proteín PrgJ (na obrázku nižšie označený PrgX) sa viaže na svoj receptor NAIP2, pričom mení svoju konformáciu, ako je uvedené nižšie. Tento binárny komplex predstavuje asymetrický elektrostatický povrch, ktorý umožňuje stratu spojenia s NLRP4, čo vedie po konformačnej zmene k užšej väzbovej interakcii. Deväť ďalších NLRP4 sa viaže podobným spôsobom za vzniku 11-podjednotkovej kruhovej štruktúry.

Komplementárne elektrostatické interakcie medzi dvoma z mnohých monomérov podjednotky NLRC4 v zápale NLRP4 sú znázornené na obrázku nižšie.

Pravý horný panel zobrazuje dva z NLRC 4 monomérov (z 12 v modeli Jsmol) naviazané na seba, pričom konkávna vnútorná strana podjednotky A interaguje s konvexnou vonkajšou stranou podjednotky B. Pre jednoduchosť sú zvýraznené iba interakcie v hornej časti dimérov. Ostatné panely zobrazujú povrch elektrostatického potenciálu (červená označuje negatívny a modrý pozitívny) pre každý monomér na posuvnej stupnici od -5 do +5 (obrázky vytvorené pomocou servera PDB2PQR a Pymol).

Znázornený vonkajší povrch s negatívnym (červeným) elektrostatickým potenciálom na jednom monoméri NLRC4, ktorý je komplementárny s pozitívnym (vnútorným) povrchom na druhej podjednotke NLRC4, je na každom paneli vyznačený červenou alebo modrou elipsou. Zakrivená terciárna štruktúra proteínov a protiľahlé elektrostatické povrchové potenciály protiľahlých plôch zaväzujú podjednotky, aby vytvorili veľké prstencové 12-mérne jadro nukleozómu.

Všimnite si, že tento zostavený krúžok spája CARD (doména náboru kaspázy, žlté kruhy/guľôčky), ktorá môže interagovať s doménou CARD proteínu prokaspázy prostredníctvom medziproteínových interakcií CARD:CARD (predstavte si kopu hracích kariet, ktoré sú všetky prilepené k sebe. balíček kariet).

Po zostavení proximálne prokaspázy autokatalyticky konvertujú prokaspázu 1 na aktívnu kaspázu 1, ktorá môže proteolýzou aktivovať cytokíny interleukín 1 beta a interleukín 18 za vzniku aktívnych cytokínov, ktoré sa uvoľňujú z bunky. Pamätajte, že procytokíny sú prítomné iba vtedy, ak ich gény boli transkribované aktiváciou transkripčného faktora NF-kappa beta prostredníctvom väzby PAMP na TLR.

B. Zápaly NLRP3

Na rozdiel od zápalov NLRP4, ktoré na aktiváciu vyžadujú definovanú PAMP/DAMP, sa zdá, že zápaly NLRP3 sú aktivované bunkovým stresom, ako aj vystavením buniek patogénom. Je jedným z hlavných reagujúcich na rôzne mikrobiálne infekcie. Vzhľadom na veľký počet mikróbov, ktoré vedú k aktivácii zápalu NLRP3, sa predpokladá, že skutočný signál, ktorý spúšťa NLRP3, je nepriamy. Jedným z takýchto nepriamych signálov je K+ hladiny iónov v bunkách.

V normálnych bunkách K+ ióny sú vyššie v cytoplazme ako vo vonkajšej časti bunky (pozri kapitolu 9B: Neurálna signalizácia). Pokles draslíkových iónov v bunkách spôsobený efluxom môže aktivovať zápaly NLRP3. Medzi ďalšie stavy patrí prasknutie lyzozómov (možno spojené s bunkovým pohlcovaním častíc, ako je oxid kremičitý, kyselina močová, kryštály cholesterolu a iné „nanočastice“), zmenený mitochondriálny metabolizmus (ktorý môže viesť k reaktívnym formám kyslíka v bunke) atď. , všetky tieto spúšťače nebezpečenstva sa neviažu na NLPR3, ale nejakým spôsobom vedú k jeho následnej aktivácii. NLRP3 teda pravdepodobne funguje tak, že je všeobecným senzorom bunkového stresu.

Neprimeraná a chronická aktivácia zápalu je spojená s mnohými chorobami, ako je rakovina, kardiovaskulárne choroby, cukrovka a autoimunitné choroby. Vzhľadom na viaceré typy signálov, ktoré môžu aktivovať zápal NLRP3, je tento komplex cieľom aktívneho vývoja liečiv s cieľom nájsť inhibítory, ktoré by zastavili nežiaduci zápal. Tieto zápaly sa nachádzajú v granulocytoch, monocytoch (makrofágoch), megakaryocytoch a dendritických bunkách.

Aktivovaný NLRP3 rekrutuje ASC adaptérový proteín, ktorý potom vedie k náboru a aktivácii prokaspázy 1. NLRP3 má pyrínovú, NACHT a LRR doménu. ASC má pyrínovú a CARD doménu. Aktívny LRP3 potom môže získavať ASC prostredníctvom interakcií medziproteínových domén pyrín:pyrín. To potom umožňuje doméne CARD viazaného ASC získavať prokaspázu prostredníctvom interakcií CARD:CARD (nezabudnite, že prokaspáza má tiež doménu CARD), čím sa vytvorí aktívny zápal NLRP3. Pridaná vlastnosť aktivácie zápalu NLRP3 nastáva, keď transkripčný faktor NFkb, ktorý je aktivovaný PAMP (signál 1), vedie k transkripcii procytokínov (IL-1 beta a IL 18), ako aj samotného NLRP3.

Preto sú opäť potrebné dva signály:

signál 1

Prvými signálmi sú bakteriálne a vírusové (vírus chrípky, poliovírus, enterovírus, rinovírus, ľudský respiračný syncyciálny vírus atď.) PAMP, ktoré sa viažu na TLR a vedú k aktivácii transkripčného faktora NFkb. To aktivuje nielen transkripciu pro-interleukínu 1-beat a interleukínu 18, ale aj transkripciu samotného senzora NLRP3.

signál 2

Signál 2 je dodávaný prostredníctvom PAMP a DAMP nepriamo do senzora NLRP3, čo vedie k zostaveniu zápalu. Zdá sa, že tieto DAMP aktivujú aktiváciu proteínu NLRP3 a následnú tvorbu aktívneho zápalu NLRP3. Čo však aktivuje NLR3P3? Po mnohých štúdiách sa ukázalo, že typické bakteriálne ligandy, ktoré by aktivovali TLR a možno aj NLR, aktivujú iba NLRP3 na aktiváciu. Neviažu sa na to priamo.

Extracelulárny ATP je hlavným aktivátorom NLRP3. Je známe, že nanočastice uvoľňujú aj ATP. Väčšina štúdií ukázala K+ eflux z bunky je skorým signálom a že proteín NEK7, proteín, ktorý fosforyluje iné proteíny, sa po efluxe iónov draslíka viaže na NLRP3 a aktivuje ho. Odstránenie NEK7 zastavilo aktiváciu zápalu NLRP3, ale nie aktiváciu zápalu NLRP4. Hoci sa NLRP3 viazal na NEK7 prostredníctvom katalytickej domény NEK7, aktivita katalytickej domény NEK7 nebola potrebná.

Čo vedie ku K+ odtok? Poďme zálohovať, aby sme našli upstream udalosti, ktoré by mohli viesť k efluxu a pokúsme sa nájsť prepojenie na ATP. Pozadie pre niektoré z týchto materiálov budú preskúmané v budúcich kapitolách. Vykonajú sa nasledujúce kroky, ako je znázornené na obrázku a informáciách nižšie:

- pevné látky, ako je oxid kremičitý, kryštály cholesterolu, kryštály kyseliny močovej, a dokonca aj agregované proteíny, ako sú prióny, môžu byť pohltené monocytmi/makrofágmi (rovnako ako pohlcujú baktérie ako súčasť svojej imunitnej funkcie) v procese nazývanom fagocytóza. Častice sú obalené membránou odvodenou z plazmatickej dvojvrstvy, ktorá vyráža do bunky. Táto vezikula sa spája s lyzozómom, ktorý sa pri tom poškodí. Potom uvoľňujú ATP do cytoplazmy;

- cytoplazmatický ATP sa potom môže pohybovať mimo bunky cez kanál glykoproteínovej membrány nazývaný pannexín 1;

- extracelulárny ATP sa môže viazať na iný membránový proteín nazývaný purinoceptor P2X7. Tento proteín sa teraz stáva katiónovým kanálom, ktorý umožňuje K+ eflux, pretože ión má vyššiu koncentráciu vo vnútri bunky ako vonku. Extracelulárne "brány" ATP otvárajú katiónový kanál P2X7. Pórotvorný toxín nigericín z Streptomyces hygroscopicus tiež vedie k efluxu iónov draslíka. Rovnako tak pórotvorné proteíny z S. aureus (hemolyzíny) vedú k efluxu iónov draslíka a aktivácii zápalu NLRP3.

Iné signály tiež aktivujú zápal NLRP3. Zahŕňajú poškodenie mitochondrií a uvoľňovanie reaktívnych foriem kyslíka.


Inflammasóm NLRP3 vyvoláva zápal vyvolaný obezitou a inzulínovú rezistenciu

Vznik chronického zápalu počas obezity v neprítomnosti zjavnej infekcie alebo dobre definovaných autoimunitných procesov je záhadný jav. Podieľa sa na tom rodina Nod-like receptorov (NLR) vrodených senzorov imunitných buniek, ako je napríklad nukleotidová väzbová doména, rodina obsahujúca leucín, pyrínová doména obsahujúca-3 (Nlrp3, ale tiež známa ako Nalp3 alebo kryopyrín) zápalu. pri rozpoznávaní určitých nemikrobiálnych „nebezpečných signálov“ vedúcich k aktivácii kaspázy-1 a následnej sekrécii interleukínu-1p (IL-1p) a IL-18. Ukazujeme, že obmedzenie kalórií a cvičením sprostredkované chudnutie u obéznych jedincov s diabetom 2. typu je spojené so znížením expresie Nlrp3 v tukovom tkanive, ako aj so zníženým zápalom a zlepšenou citlivosťou na inzulín. Ďalej sme zistili, že zápal Nlrp3 sníma zvýšenie intracelulárneho ceramidu spojené s lipotoxicitou, aby sa indukovalo štiepenie kaspázy-1 v makrofágoch a tukovom tkanive. Ablácia Nlrp3 u myší zabraňuje aktivácii zápalu indukovanej obezitou v tukových zásobách a pečeni, ako aj zvyšuje inzulínovú signalizáciu. Okrem toho eliminácia Nlrp3 u obéznych myší znižuje expresiu IL-18 a interferónu-y v tukovom tkanive (IFN-y), zvyšuje počet naivných T buniek a znižuje počet efektorových T buniek v tukovom tkanive. Súhrnne tieto údaje ukazujú, že zápal Nlrp3 vníma nebezpečné signály spojené s obezitou a prispieva k zápalu vyvolanému obezitou a inzulínovej rezistencii.


ABSTRAKT

Extracelulárny ATP sa viaže a signalizuje prostredníctvom receptorov P2X7 (P2X7Rs), aby moduloval imunitnú funkciu spôsobom závislým od zápalu aj nezávislým spôsobom. V tejto štúdii boli myši P2X7 -/-, farmakologické agonisty ATP-horečnatá soľ (Mg-ATP 100 mg/kg, EC50 ≈ 1,32 mM) a benzoylbenzoyl-ATP (Bz-ATP 10 mg/kg, EC50 ≈ 285 μM) a antagonista oxidovaný ATP (oxi-ATP 40 mg/kg, IC50 ≈ 100 μM) sa použili na preukázanie, že aktivácia P2X7R je rozhodujúca pre kontrolu úmrtnosti, šírenia baktérií a zápalu pri ligácii slepého čreva a polymikrobiálnej sepse vyvolanej punkciou u myší. Naše výsledky s chimérickými myšami P2X7 -/- kostnej drene, adoptívnym prenosom peritoneálnych makrofágov a myeloidne špecifickými myšami P2X7 -/- naznačujú, že signalizácia P2X7R na makrofágoch je nevyhnutná pre ochranný účinok P2X7R. Signalizácia P2X7R chráni zvýšením zabíjania baktérií makrofágmi, ktoré je nezávislé od zápalu. Použitím inhibítora konexínového (Cx) kanála Gap27 (0,1 mg/kg, IC50 ≈ 0,25 μM) a inhibítor pannexínového kanála probenecid (10 mg/kg, IC50 ≈ 11,7 μM), ukázali sme, že uvoľňovanie ATP prostredníctvom Cx je dôležité pre inhibíciu zápalu a bakteriálnej záťaže. Stručne povedané, zacielenie na P2X7R poskytuje novú príležitosť na využitie endogénneho ochranného imunitného mechanizmu pri liečbe sepsy. – Csóka, B., Németh, ZH, Törő, G., Idzko, M., Zech, A., Koscsó, B ., Spolarics, Z., Antonioli, L., Cseri, K., Erdélyi, K., Pacher, P., Haskó, G. Extracelulárny ATP chráni pred sepsou prostredníctvom purinergných receptorov makrofágov P2X7 zvýšením intracelulárneho zabíjania baktérií. FASEB J. 29, 3626-3637 (2015). www.fasebj.org

Skratky

Sepsa je vážny zdravotný stav spôsobený mikrobiálnou inváziou do normálne sterilných častí tela. Odhaduje sa, že 28 až 50 % z nich

Ročne zomiera 700 000 ľudí, u ktorých sa rozvinie sepsa, čo je oveľa viac ako počet úmrtí v USA na rakovinu prostaty, prsníka a AIDS dohromady (1-3). Pacienti so sepsou sú vo všeobecnosti hospitalizovaní dlhší čas, len zriedka opúšťajú jednotku intenzívnej starostlivosti na 2-3 týždne (2). Sepsa preto predstavuje veľkú záťaž pre systém zdravotnej starostlivosti v USA, pričom náklady sa odhadujú na približne 16,7 miliardy USD ročne ( 4 ).

Súčasné koncepcie naznačujú, že zlyhanie orgánov a mortalita pri sepse sú spôsobené nevhodnou reguláciou imunitného systému (5, 6). Táto dysregulácia sa prejavuje ako neschopnosť kontrolovať rast a šírenie baktérií a nadmerným zápalom, procesmi, ktoré spolu súvisia a sú spôsobené z veľkej časti dysfunkciou makrofágov. Existujú 2 hlavné signálne dráhy, ktoré iniciujú aktiváciu makrofágov pri sepse: jedna je spúšťaná molekulovými vzormi spojenými s patogénmi (PAMPs), druhá je spúšťaná molekulárnymi vzormi spojenými s nebezpečenstvom hostiteľa (DAMP) (7). Hoci PAMP boli zvyčajným zameraním výskumu sepsy, nedávne dôkazy poukazujú na novú úlohu DAMP (7). DAMP obsahujú rôznorodú skupinu molekúl, ktoré sa akumulujú v extracelulárnom priestore v reakcii na baktériami sprostredkovanú deštrukciu tkaniva, traumu a popáleniny, pričom všetky sú spojené so sepsou. Príklady DAMP zahŕňajú proteíny tepelného šoku, skupinu 1 s vysokou pohyblivosťou, fragmenty hyalurónanu, kyselinu močovú a ATP.

ATP sa uvoľňuje z intracelulárneho do extracelulárneho priestoru počas zápalu, infekcie a šoku, pričom všetky sú spojené so sepsou (8, 9). Bolo navrhnutých viacero mechanizmov na sprostredkovanie uvoľňovania ATP počas imunitnej aktivácie, pričom hlavné zameranie sú konexínové (Cx) hemikanály a pannexínové (Panx) kanály (10, 11). Detekcia uvoľneného ATP purinergnými receptormi P2 na zápalových bunkách upozorňuje imunitný systém na nebezpečenstvo a iniciuje a riadi imunitu a zápal hostiteľa. Receptory P2 spadajú do 2 tried: ionotropné receptory P2X (P2X1-7R) a P2YR spojené s G proteínom (P2Y1,-2,-4,-6,-11,-12,-13 a -14) ( 9 ).

P2X7R sú hlavné imunoregulačné P2R a sú exprimované v najvyšších hladinách na bunkách imunitného systému (12). Makrofágy majú 4 až 5-krát vyššiu expresiu P2X7RS ako B, T a NK bunky (12). Expresia P2X7R na neutrofiloch je kontroverzná. Niektoré štúdie ukázali, že je prítomný intracelulárne, ale nie na bunkovom povrchu (12, 13), zatiaľ čo jedna štúdia ukázala, že má antiapoptotické účinky na neutrofily (14). Aktivácia makrofágov je spojená so zvýšenou expresiou P2X7Rs (15).

Jedným z najlepšie charakterizovaných aspektov funkcie P2X7R je jeho schopnosť aktivovať nukleotidovú väzbovú doménu, člen rodiny receptorov P3 (NLRP3) bohatú na leucín, inflamasómovú zostavu v makrofágoch, čím sa iniciuje kaspázou-1-sprostredkovaný IL-1p a - 18 spracovanie a uvoľnenie (16, 17). Okrem toho viaceré línie dôkazov dokumentujú objavujúcu sa úlohu P2X7R pri rozširovaní rozpoznávania, fagocytózy a zabíjania patogénov makrofágmi (18 - 20). Nedávne štúdie navrhli, že ATP kontroluje patogény prostredníctvom pyroptózy závislej od zápalu (21). Podľa tohto konceptu ATP spôsobuje aktiváciu kaspázy-1, ktorá potom vedie k smrti pyroptotickej makrofágy, charakterizovanej rýchlou stratou integrity bunkovej membrány a uvoľnením cytosolického obsahu, vrátane baktérií. Uvoľnené baktérie môžu byť potom požité a usmrtené prijatými neutrofilmi spôsobom, ktorý je nezávislý od IL-1β a -18 (22).

Napriek pribúdajúcim dôkazom, ktoré podporujú dôležitú úlohu ATP a P2X7R pri regulácii zápalu a bakteriálnej fagocytózy a eliminácii makrofágmi in vitro, úloha ATP a P2X7R pri regulácii odpovede hostiteľa na sepsu je nejasná. V tejto štúdii sme testovali hypotézu, že endogénne uvoľnený ATP riadi zápalovú odpoveď hostiteľa na sepsu prostredníctvom signalizácie P2X7 na makrofágoch.


Referencie

Miyamoto T, Carrero JJ, Stenvinkel P

Shirazi LF, Bissett J, Romeo F, Mehta JL

Lutgens E, Atzler D, Döring Y, Duchene J, Steffens S, Weber C

Ridker PM, Everett BM, Thuren T, MacFadyen JG, Chang WH, Ballantyne C, Fonseca F, Nicolau J, Koenig W, Anker SD a kol.

Ridker PM, Libby P, MacFadyen JG, Thuren T, Ballantyne C, Fonseca F, Koenig W, Shimokawa H, Everett BM, Glynn RJ

Ridker PM, Everett BM, Pradhan A, MacFadyen JG, Solomon DH, Zaharris E, Mam V, Hasan A, Rosenberg Y, Iturriaga E, a kol.

Tardif JC, Kouz S, Waters DD, Bertrand OF, Diaz R, Maggioni AP, Pinto FJ, Ibrahim R, Gamra H, Kiwan GS, a kol.

Nidorf SM, Fiolet ATL, Mosterd A, Eikelboom JW, Schut A, Opstal TSJ, The SHK, Xu XF, Ireland MA, Lenderink T a kol.

Garbers C, Heink S, Korn T, Rose-John S

Scheller J, Chalaris A, Schmidt-Arras D, Rose-John S

Heink S, Yogev N, Garbers C, Herwerth M, Aly L, Gasperi C, Husterer V, Croxford AL, Möller-Hackbarth K, Bartsch HS a kol.

Yudkin JS, Kumari M, Humphries SE, Mohamed-Ali V

Hou T, Tieu BC, Ray S, Recinos Iii A, Cui R, Tilton RG, Brasier AR

Recinos A, LeJeune WS, Sun H, Lee CY, Tieu BC, Lu M, Hou T, Boldogh I, Tilton RG, Brasier AR

Neumann FJ, Ott I, Marx N, Luther T, Kenngott S, Gawaz M, Kotzsch M, Schömig A

Romano M, Sironi M, Toniatti C, Polentarutti N, Fruscella P, Ghezzi P, Faggioni R, Luini W, van Hinsbergh V, Sozzani S a kol.

Alsaffar H, Martino N, Garrett JP, Adam AP

Huber SA, Sakkinen P, Conze D, Hardin N, Tracy R

Luchtefeld M, Schunkert H, Stoll M, Selle T, Lorier R, Grote K, Sagebiel C, Jagavelu K, Tietge UJ, Assmus U a kol.

Schuett H, Oestreich R, Waetzig GH, Annema W, Luchtefeld M, Hillmer A, Bavendiek U, von Felden J, Divchev D, Kempf T a kol.

Zhang K, Huang XZ, Li XN, Feng M, Li L, Cai XJ, Zhang C, Liu XL, Zhang MX, Zhang Y a kol.

Schieffer B, Selle T, Hilfiker A, Hilfiker-Kleiner D, Grote K, Tietge UJ, Trautwein C, Luchtefeld M, Schmittkamp C, Heeneman S, a kol.

Schuett H, Luchtefeld M, Grothusen C, Grote K, Schieffer B

Lee J, Lee S, Zhang H, Hill MA, Zhang C, Park Y

Kobara M, Noda K, Kitamura M, Okamoto A, Shiraishi T, Toba H, Matsubara H, Nakata T

Akita K, Isoda K, Sato-Okabayashi Y, Kadoguchi T, Kitamura K, Ohtomo F, Shimada K, Daida H

Hartman MH, Vreeswijk-Baudoin I, Groot HE, van de Kolk KW, de Boer RA, Mateo Leach I, Vliegenthart R, Sillje HH, van der Harst P

Fuchs M, Hilfiker A, Kaminski K, Hilfiker-Kleiner D, Guener Z, Klein G, Podewski E, Schieffer B, Rose-John S, Drexler H

Ridker PM, Cushman M, Stampfer MJ, Tracy RP, Hennekens CH

Ridker PM, Hennekens CH, Buring JE, Rifai N

Ridker PM, Rifai N, Stampfer MJ, Hennekens CH

Kaptoge S, Di Angelantonio E, Lowe G, Pepys MB, Thompson SG, Collins R, Danesh J

Kaptoge S, Seshasai SR, Gao P, Freitag DF, Butterworth AS, Borglykke A, Di Angelantonio E, Gudnason V, Rumley A, Lowe GD a kol.

Pradhan AD, Manson JE, Rifai N, Buring JE, Ridker PM

Ridker PM, Buring JE, Cook NR, Rifai N

Hu FB, Meigs JB, Li TY, Rifai N, Manson JE

Sesso HD, Buring JE, Rifai N, Blake GJ, Gaziano JM, Ridker PM

Harris TB, Ferrucci L, Tracy RP, Corti MC, Wacholder S, Ettinger WH, Heimovitz H, Cohen HJ, Wallace R

Kaptoge S, Di Angelantonio E, Pennells L, Wood AM, White IR, Gao P, Walker M, Thompson A, Sarwar N, Caslake M a kol.

Glynn RJ, MacFadyen JG, Ridker PM

Zacho J, Tybjaerg-Hansen A, Jensen JS, Grande P, Sillesen H, Nordestgaard BG

Noveck R, Stroes ES, Flaim JD, Baker BF, Hughes S, Graham MJ, Crooke RM, Ridker PM

Lane T, Wassef N, Poole S, Mistry Y, Lachmann HJ, Gillmore JD, Hawkins PN, Pepys MB

Liuzzo G, Biasucci LM, Gallimore JR, Grillo RL, Rebuzzi AG, Pepys MB, Maseri A

Lindahl B, Toss H, Siegbahn A, Venge P, Wallentin L

Held C, White HD, Stewart RAH, Budaj A, Cannon CP, Hochman JS, Koenig W, Siegbahn A, Steg PG, Soffer J, et al.

Fanola CL, Morrow DA, Cannon CP, Jarolim P, Lukas MA, Bode C, Hochman JS, Goodrich EL, Braunwald E, O’Donoghue ML

Maier W, Altwegg LA, Corti R, Gay S, Hersberger M, Maly FE, Sütsch G, Roffi M, Neidhart M, Eberli FR a kol.

Hedman A, Larsson PT, Alam M, Wallen NH, Nordlander R, Samad BA

Ritschel VN, Seljeflot I, Arnesen H, Halvorsen S, Eritsland J, Fagerland MW, Andersen GØ

Ridker PM, MacFadyen JG, Glynn RJ, Bradwin G, Hasan AA, Rifai N

Ridker PM, Pare G, Parker A, Zee RY, Danik JS, Buring JE, Kwiatkowski D, Cook NR, Miletich JP, Chasman DI

Reiner AP, Beleza S, Franceschini N, Auer PL, Robinson JG, Kooperberg C, Peters U, Tang H

Dehghan A, Dupuis J, Barbalic M, Bis JC, Eiriksdottir G, Lu C, Pellikka N, Wallaschofski H, Kettunen J, Henneman P a kol.

van der Harst P, Verweij N

Sarwar N, Butterworth AS, Freitag DF, Gregson J, Willeit P, Gorman DN, Gao P, Saleheen D, Rendon A, Nelson CP a kol.

Swerdlow DI, Holmes MV, Kuchenbaecker KB, Engmann JE, Shah T, Sofat R, Guo Y, Chung C, Peasey A, Pfister R a kol.

Rosa M, Chignon A, Li Z, Boulanger MC, Arsenault BJ, Bossé Y, Thériault S, Mathieu P

Thériault S, Dina C, Messika-Zeitoun D, ​​Le Scouarnec S, Capoulade R, Gaudreault N, Rigade S, Li Z, Simonet F, Lamontagne M a kol.

Cai T, Zhang Y, Ho YL, Link N, Sun J, Huang J, Cai TA, Damrauer S, Ahuja Y, Honerlaw J, a kol.

Bick AG, Pirruccello JP, Griffin GK, Gupta N, Gabriel S, Saleheen D, Libby P, Kathiresan S, Natarajan P

Ridker PM, MacFadyen JG, Everett BM, Libby P, Thuren T, Glynn RJ

Ridker PM, MacFadyen JG, Thuren T, Libby P

Ridker PM, MacFadyen JG, Thuren T, Everett BM, Libby P, Glynn RJ

Solomon DH, Glynn RJ, MacFadyen JG, Libby P, Thuren T, Everett BM, Ridker PM

Vallurupalli M, MacFadyen JG, Glynn RJ, Thuren T, Libby P, Berliner N, Ridker PM

Schieker M, Conaghan PG, Mindeholm L, Praestgaard J, Solomon DH, Scotti C, Gram H, Thuren T, Roubenoff R, Ridker PM

Opstal TSJ, Hoogeveen RM, Fiolet ATL, Silvis MJM, The SHK, Bax WA, de Kleijn DPV, Mosterd A, Stroes ESG, Cornel JH

Samuel M, Tardif JC, Bouabdallaoui N, Khairy P, Dubé MP, Blondeau L, Guertin MC

Seropian IM, Toldo S, Van Tassell BW, Abbate A

Morton AC, Rothman AM, Greenwood JP, Gunn J, Chase A, Clarke B, Hall AS, Fox K, Foley C, Banya W, et al.

Kleveland O, Kunszt G, Bratlie M, Ueland T, Broch K, Holte E, Michelsen AE, Bendz B, Amundsen BH, Espevik T, et al.

George MJ, Kleveland O, Garcia-Hernandez J, Palmen J, Lovering R, Wiseth R, Aukrust P, Engmann J, Damås JK, Hingorani AD, et al.

Shah B, Pillinger M, Zhong H, Cronstein B, Xia Y, Lorin JD, Smilowitz NR, Feit F, Ratnapala N, Keller NM, et al.

Tardif JC, Tanguay JF, Wright SR, Duchatelle V, Petroni T, Grégoire JC, Ibrahim R, Heinonen TM, Robb S, Bertrand OF, et al.

Lindmark E, Diderholm E, Wallentin L, Siegbahn A

Abbate A, Trankle CR, Buckley LF, Lipinski MJ, Appleton D, Kadariya D, Canada JM, Carbone S, Roberts CS, Abouzaki N, et al.

Groot HE, Al Ali L, van der Horst ICC, Schurer RAJ, van der Werf HW, Lipsic E, van Veldhuisen DJ, Karper JC, van der Harst P

Broch K, Anstensrud AK, Woxholt S, Sharma K, Tøllefsen IM, Bendz B, Aakhus S, Ueland T, Amundsen BH, Damås JK, et al.

van der Heijden T, Kritikou E, Venema W, van Duijn J, van Santbrink PJ, Slütter B, Foks AC, Bot I, Kuiper J

van Hout GP, Bosch L, Ellenbroek GH, de Haan JJ, van Solinge WW, Cooper MA, Arslan F, de Jager SC, Robertson AA, Pasterkamp G, et al.

O’Donoghue ML, Glaser R, Cavender MA, Aylward PE, Bonaca MP, Budaj A, Davies RY, Dellborg M, Fox KA, Gutierrez JA, et al.

Testa M, Yeh M, Lee P, Fanelli R, Loperfido F, Berman JW, LeJemtel TH

Smart N, Mojet MH, Latchman DS, Marber MS, Duchen MR, Heads RJ

Tsutamoto T, Hisanaga T, Wada A, Maeda K, Ohnishi M, Fukai D, Mabuchi N, Sawaki M, Kinoshita M

Maeda K, Tsutamoto T, Wada A, Mabuchi N, Hayashi M, Tsutsui T, Ohnishi M, Sawaki M, Fujii M, Matsumoto T, et al.

Vasan RS, Sullivan LM, Roubenoff R, Dinarello CA, Harris T, Benjamin EJ, Sawyer DB, Levy D, Wilson PW, D’Agostino RB

George M, Jena A, Srivatsan V, Muthukumar R, Dhandapani VE

Plenz G, Song ZF, Tjan TD, Koenig C, Baba HA, Erren M, Flesch M, Wichter T, Scheld HH, Deng MC

Kalogeropoulos A, Georgiopoulou V, Psaty BM, Rodondi N, Smith AL, Harrison DG, Liu Y, Hoffmann U, Bauer DC, Newman AB, et al.

Markousis-Mavrogenis G, Tromp J, Ouwerkerk W, Devalaraja M, Anker SD, Cleland JG, Dickstein K, Filippatos GS, van der Harst P, Lang CC, et al.

Nemeth E, Rivera S, Gabayan V, Keller C, Taudorf S, Pedersen BK, Ganz T

Chung ES, Packer M, Lo KH, Fasanmade AA, Willerson JT

Mann DL, McMurray JJ, Packer M, Swedberg K, Borer JS, Colucci WS, Djian J, Drexler H, Feldman A, Kober L, et al.

Van Tassell BW, Arena RA, Toldo S, Mezzaroma E, Azam T, Seropian IM, Shah K, Canada J, Voelkel NF, Dinarello CA, et al.

Van Tassell BW, Canada J, Carbone S, Trankle C, Buckley L, Oddi Erdle C, Abouzaki NA, Dixon D, Kadariya D, Christopher S, et al.

Mezzaroma E, Toldo S, Farkas D, Seropian IM, Van Tassell BW, Salloum FN, Kannan HR, Menna AC, Voelkel NF, Abbate A

Sano S, Oshima K, Wang Y, MacLauchlan S, Katanasaka Y, Sano M, Zuriaga MA, Yoshiyama M, Goukassian D, Cooper MA, et al.

Everett BM, Cornel JH, Lainscak M, Anker SD, Abbate A, Thuren T, Libby P, Glynn RJ, Ridker PM

Hanberg JS, Rao VS, Ahmad T, Chunara Z, Mahoney D, Jackson K, Jacoby D, Chen M, Wilson FP, Tang WHW, et al.

Kjekshus J, Apetrei E, Barrios V, Böhm M, Cleland JG, Cornel JH, Dunselman P, Fonseca C, Goudev A, Grande P, et al.

McMurray JJ, Kjekshus J, Gullestad L, Dunselman P, Hjalmarson A, Wedel H, Lindberg M, Waagstein F, Grande P, Hradec J, et al.

Hutton HL, Ooi JD, Holdsworth SR, Kitching AR

Barreto DV, Barreto FC, Liabeuf S, Temmar M, Lemke HD, Tribouilloy C, Choukroun G, Vanholder R, Massy ZA

Yeun JY, Levine RA, Mantadilok V, Kaysen GA

Pecoits-Filho R, Bárány P, Lindholm B, Heimbürger O, Stenvinkel P

Gupta J, Mitra N, Kanetsky PA, Devaney J, Wing MR, Reilly M, Shah VO, Balakrishnan VS, Guzman NJ, Girndt M, et al.

Amdur RL, Feldman HI, Gupta J, Yang W, Kanetsky P, Shlipak M, Rahman M, Lash JP, Townsend RR, Ojo A, et al.

Amdur RL, Feldman HI, Dominic EA, Anderson AH, Beddhu S, Rahman M, Wolf M, Reilly M, Ojo A, Townsend RR, et al.

Dieter BP, McPherson SM, Afkarian M, de Boer IH, Mehrotra R, Short R, Barbosa-Leiker C, Alicic RZ, Meek RL, Tuttle KR

Anderberg RJ, Meek RL, Hudkins KL, Cooney SK, Alpers CE, Leboeuf RC, Tuttle KR

Storey BC, Staplin N, Haynes R, Reith C, Emberson J, Herrington WG, Wheeler DC, Walker R, Fellström B, Wanner C, et al.

Solbu MD, Mjøen G, Mark PB, Holdaas H, Fellström B, Schmieder RE, Zannad F, Herrington WG, Jardine AG

Fattori E, Della Rocca C, Costa P, Giorgio M, Dente B, Pozzi L, Ciliberto G

Zhang W, Wang W, Yu H, Zhang Y, Dai Y, Ning C, Tao L, Sun H, Kellems RE, Blackburn MR, et al.

Chen A, Sheu LF, Chou WY, Tsai SC, Chang DM, Liang SC, Lin FG, Lee WH

Alicic RZ, Johnson EJ, Tuttle KR

Wagner M, Alam A, Zimmermann J, Rauh K, Koljaja-Batzner A, Raff U, Wanner C, Schramm L

Spoto B, Mattace-Raso F, Sijbrands E, Leonardis D, Testa A, Pisano A, Pizzini P, Cutrupi S, Parlongo RM, D’Arrigo G, et al.

Caglar K, Peng Y, Pupim LB, Flakoll PJ, Levenhagen D, Hakim RM, Ikizler TA

Krane V, Winkler K, Drechsler C, Lilienthal J, März W, Wanner C

Sun J, Axelsson J, Machowska A, Heimbürger O, Bárány P, Lindholm B, Lindström K, Stenvinkel P, Qureshi AR

Hung AM, Ellis CD, Shintani A, Booker C, Ikizler TA

Hung AM, Limkunakul C, Placido JS, Siew ED, Ellis CD, Shintani A, Ikizler TA

Perez-Gomez MV, Sanchez-Niño MD, Sanz AB, Zheng B, Martín-Cleary C, Ruiz-Ortega M, Ortiz A, Fernandez-Fernandez B

Tuttle KR, Brosius FC, Adler SG, Kretzler M, Mehta RL, Tumlin JA, Tanaka Y, Haneda M, Liu J, Silk ME, et al.

Ridker PM, MacFadyen JG, Glynn RJ, Koenig W, Libby P, Everett BM, Lefkowitz M, Thuren T, Cornel JH

Pecoits-Filho R, Carvalho MJ, Stenvinkel P, Lindholm B, Heimbürger O

Jones SA, Fraser DJ, Fielding CA, Jones GW

Pergola PE, Devalaraja M, Fishbane S, Chonchol M, Mathur VS, Smith MT, Lo L, Herzog K, Kakkar R, Davidson MH

Kopf M, Baumann H, Freer G, Freudenberg M, Lamers M, Kishimoto T, Zinkernagel R, Bluethmann H, Köhler G

Chan K, Moe SM, Saran R, Libby P

Protogerou AD, Zampeli E, Fragiadaki K, Stamatelopoulos K, Papamichael C, Sfikakis PP

Bacchiega BC, Bacchiega AB, Usnayo MJ, Bedirian R, Singh G, Pinheiro GD

McInnes IB, Thompson L, Giles JT, Bathon JM, Salmon JE, Beaulieu AD, Codding CE, Carlson TH, Delles C, Lee JS, et al.

Kawashiri SY, Kawakami A, Yamasaki S, Imazato T, Iwamoto N, Fujikawa K, Aramaki T, Tamai M, Nakamura H, Ida H, et al.

Strang AC, Bisoendial RJ, Kootte RS, Schulte DM, Dallinga-Thie GM, Levels JH, Kok M, Vos K, Tas SW, Tietge UJ, et al.

Giles JT, Sattar N, Gabriel S, Ridker PM, Gay S, Warne C, Musselman D, Brockwell L, Shittu E, Klearman M, et al.

Ogdie A, Yu Y, Haynes K, Love TJ, Maliha S, Jiang Y, Troxel AB, Hennessy S, Kimmel SE, Margolis DJ, et al.

Brezinski EA, Follansbee MR, Armstrong EJ, Armstrong AW

Sajja AP, Joshi AA, Teague HL, Dey AK, Mehta NN

Ridker PM, Devalaraja M, Baeres FMM, Engelmann MDM, Hovingh GK, Ivkovic M, Lo L, Kling D, Pergola P, Raj D, et al.


RESIDENT FIBROBLASTS AND OTHER CELLS

In many tissues, including skin, heart, and lung, the presence of poorly defined resident fibroblasts has been well described, and these cells have been relatively easy to culture and study in vitro. However, until very recently the precise nature of resident fibroblasts [cells embedded in connective tissue (stroma) that produce collagen and other fibers] was poorly understood (70, 74). EM studies have revealed that many of these cells have close relationships with epithelial or endothelial cells. In lung development, the critical role of stromal cells in epithelial differentiation has been well described. Recent studies that have enabled easy visualization of these cells indicate that they are much more extensively distributed than previously thought and that they may have critical functions in homeostasis, including pericyte functions. Many resident fibroblasts also have close associations with epithelial cells and may function as epithelial pericytes.

Surrounding the arterioles are perivascular fibroblasts or fibrocytes (21, 70, 74). These cells may be termed adventitial cells in other texts, and evidence suggests they have important immunomodulatory functions and that some serve as vessel wall progenitors (80). In some tissues, including skin and liver, some resident adult microvascular wall mesenchymal cells (i.e., pericytes) have progenitor cell functions (81) that is, they can differentiate into mature cells of the tissue, including vascular smooth muscle, white adipocytes, and possibly neurons. It is unclear whether all adult mesenchyme cells have this ability to act as progenitors for other cell types within their organ, or whether there are more restricted subpopulations of perivascular cells that have this capacity.

Studies over the past several years have investigated some of the signaling pathways involved in pericyte-to-myofibroblast transition. Although this area is rapidly evolving, it appears that the same signaling pathways that regulate angiogenesis in cross talk between endothelial cells and pericytes are critical in pericyte and fibroblast activation. Those pathways include TGF-β, PDGFR-β, PDGFR-α, and VEGF receptor 2 (VEGFR2). Indeed, loss-of-function studies of these pathways have shown them to be critical in the early events of pericyte activation, the appearance of myofibroblasts, and fibrogenesis. Other developmental pathways that are important in building the vasculature may also be significant in the development of a myofibroblast. These pathways include angiopoietin signaling sphingosine kinase signaling and the developmental pathways WNT, Hedgehog, and Notch. Current evidence suggests that in development these signaling pathways are carefully regulated but that in disease they are markedly dysregulated, resulting in an overactivated phenotype relative to development. It may be desirable to 𠇍ial down” these over-activated developmental signaling pathways to counteract the appearance of myofibroblasts in tissues. Also, extracellular regulators of the VEGFR signaling pathway and metalloproteinases play important roles in the activation of pericyte function. Pericytes must detach from capillaries, spread, and migrate and must withdraw from the CBM, which requires proteolytic activity. One such factor that is activated strongly and early after injury in kidney pericytes is the metalloproteinase ADAMTS1 (87). In different organs, distinct metalloproteinases probably play important roles in pericyte acquisition of the myofibroblast phenotype, and these metalloproteinases may prove to be useful targets in reversal of phenotype.


Nonstandard Abbreviations and Acronyms

AnakInRa for Treatment of Recurrent Idiopathic Pericarditis

acute myocardial infarction

apoptosis-associated spec-like protein containing a carboxy-terminal containing a caspase recruiting domain

Canakinumab Anti-inflammatory Thrombosis Outcomes Study

Cardiovascular Inflammation Reduction Trial

Colchicine Cardiovascular Outcome Trial

damage-associated molecular patterns

Diastolic Heart Failure Anakinra Response Trial(s)

low-density lipoprotein receptor

Medical Royal Council Heart studyInterLeukin-1 Antagonist Heart Study

myeloid differentiation factor 88

NACHT LRR and PYD domains-containing protein 3

N-terminal pro-B-type natriuretic peptide

Recently Decompensated Heart Failure Anakinra Response Trial(s)

suppressor of tumorigenicity 2

ST-segment–elevation myocardial infarction

Virginia Commonwealth University Anakinra Remodeling/Response Trial(s)

Sources of Funding and Disclosures

A. Abbate has received research grant funding and has served as a paid scientific advisor to GSK, Kiniksa, Merck, Novartis, Olatec, Serpin Pharma, and Swedish Orphan Biovitrum S. Toldo has received research grant funding from Kiniksa, Olatec and Serpin Pharma. C. Marchetti serves as Director for Olatec’s Innovative Science Program and has equity in Olatec B.W. Van Tassell has received research grant funding from Swedish Orphan Biovitrum, and he has served as a paid scientific advisor to Serpin Pharma C.A. Dinarello serves as Chairman of Olatec’s Scientific Advisory Board, is co-Chief Scientific Officer, receives compensation and has equity in Olatec. The other author reports no conflicts.

Poznámky pod čiarou

For Sources of Funding and Disclosures, see page 1275.


Diskusia

Our BioID screen identified Spata2 as a CYLD-interacting protein, and the Spata2-CYLD interaction was also discovered by other groups using different strategies (Elliott a kol, 2016 Kupka a kol, 2016 Schlicher a kol, 2016 Wagner a kol, 2016). The best known function of Spata2 is to act as a CYLD partner protein that recruits CYLD to TNFSC complex for deubiquitination of RIP1 and initiation of necroptosis (Elliott a kol, 2016 Kupka a kol, 2016 Wagner a kol, 2016 Wei a kol, 2017). The results presented in this paper established Spata2 as a novel regulator of NLRP3 inflammasome activation and inflammatory responses. Our data suggest that Spata2 is located in and recruits its partner CYLD to the centrosome, which is in agreement with a recent work documenting the association of endogenous Spata2 and CYLD with well-known centrosomal proteins (Gupta a kol, 2015). Spata2 and CYLD physically interact with the centrosomal kinase PLK4 to deconjugate K63-linked polyubiquitin chains from PLK4, thereby facilitating the physical interaction of PLK4 with NEK7. Based on these data, we propose a new model that PLK4 inhibits NLRP3 inflammasome activation through its direct phosphorylation of NEK7, which in turn inhibits the NEK7-NLRP3 interaction (Fig 7E). Our data demonstrate a dynamic interplay between the centrosome and inflammasome and provide valuable insight into the molecular mechanism of the NEK7-mediated NLRP3 inflammasome activation.

A number of E3 ligases have been discovered to regulate NLRP3 inflammasome by conjugating ubiquitin chains onto NLRP3, ASC, caspase-1, or upstream regulators (Lopez-Castejon & Edelmann, 2016 ). The E3-mediated ubiquitination of NLRP3 inflammasome can be reversed by DUBs, but less is known about the DUBs that are involved in this process. Previously, BRCC3 was shown as a major DUB to promote inflammasome activation by directly removing ubiquitination of NLRP3 (Py a kol, 2013 Ren a kol, 2019). Another DUB capable of regulating inflammasome activation is A20. In contrast to BRCC3, A20 inhibits NLRP3 inflammasome activation by restricting ubiquitination of pro-IL-1β protein complexes (Vande Walle a kol, 2014 Duong a kol, 2015). Our study identified CYLD as a DUB that negatively regulates NLRP3 inflammasome activation by catalyzing the deubiquitination of an upstream regulator PLK4, instead of the inflammasome components themselves.

The centrosome is a non-membrane-bound organelle composed of a pair of centrioles surrounded by a large set of proteins termed pericentriolar material (PCM). The classic function of the centrosome is to serve as a major microtubule-organizing center (MTOC) regulating cell cycle progression in animal cells. In addition, it has been shown that the centrosome is involved in immunological synapse formation between T cells and antigen-presenting cells (Vertii a kol, 2016a ). Apart from the role in regulating adaptive immunity, a recent study indicates that the centrosome mediates the secretion of cytokines in response to proinflammatory stimuli which induce atypical interphase centrosome maturation in a manner independent of classic mitotic kinase PLK1(Vertii a kol, 2016b ). This links the interphase centrosome to innate immune response. Interestingly, upon NLRP3 activation, cells in interphase of cell cycle are capable of producing much higher levels of active caspase-1 and IL-1β than those produced by mitotic cells (Shi a kol, 2016 ), suggesting that interphase is the major phase for NLRP3 inflammasome activation. Surprisingly, a more recent paper demonstrates that NLRP3 is positioned to and assembles with ASC in the centrosome upon inflammasome activation, and abnormal positioning of NLRP3 would compromise the inflammasome activity (Li a kol, 2017). In agreement with this finding, our immunofluorescence results indicated that upon activation a substantial number of NLRP3 inflammasomes, represented by ASC specks, are associated with centrosomes during early stage of activation (Appendix Fig S13). Together, these findings reveal a cross-talk between the centrosome and NLRP3 inflammasome. Additionally, our discovery that Spata2, CYLD, and PLK4 function in the same signaling axis in the centrosome to regulate inflammasome activation suggests a critical role for centrosomal proteins in controlling the activation of NLRP3 inflammasome.

PLK4 is a well-known cell cycle regulator that controls centrosome duplication and some aspects of mitosis (Maniswami a kol, 2018). In this study, we found a previously unknown function for PLK4. PLK4 suppressed NLRP3 inflammasome activation by specifically phosphorylating NEK7 during LPS-mediated priming step, which in turn inhibited the interaction of NEK7 with NLRP3 and inflammasome activation. This study also defines the phosphorylation status of NEK7 as a previously uncharacterized factor fine-tuning NLRP3 inflammasome activation. Recently, a cryo-electron microscopy structure of inactive human NLRP3 in complex with NEK7 was solved to understand the mechanism of NEK7-NLRP3 interaction (Sharif a kol, 2019). This structure demonstrated that the NEK7 C-lobe interacts with NLRP3 and the two halves of the NEK7 C-lobe (AA120–259 and 260–302) form the two interfaces of NEK7-NLRP3 interaction. While Ser204 is located in the first half of the NEK7 C-lobe, it is not among the residues that directly interact with NLRP3. Therefore, it is reasonable to deduce that NEK7 Ser204 phosphorylation may inhibit NEK7-NLRP3 interaction indirectly rather than directly, e.g., by favoring NEK7 binding to other proteins. In support of this notion, we found that Ser204 phosphorylation is also involved in a non-NLRP3 inflammasome regulating function of NEK7 (Tan a kol, 2017). The TRF1 stabilizing function of NEK7 was largely controlled by Ser204 phosphorylation (Tan a kol, 2017 Appendix Fig S14).

How PLK4 and NEK7 are switched from cell cycle regulators to inflammasome regulators during inflammasome activation remains elusive. One possibility is that LPS priming alters the structure of the centrosome and changes the function of the proteins residing inside, including PLK4 and NEK7. It is reported that 4–6 h of LPS stimulation led to recruitment of more centrosome proteins to PCM and marked increase in the size of interphase centrosomes, resulting in enhanced microtubule nucleation, enriched recycling endosomes, and more secretion of cytokines (Vertii a kol, 2016b ). These data suggest that hours of LPS stimulation may drastically change the state of interphase centrosomes. Consistent with this notion, in a screen for new signaling components for TLR response in dendritic cells, PLK4 was found to be involved in LPS-induced antiviral response in a cell cycle-independent manner (Chevrier a kol, 2011 ). In this case, PLK4 transcript was markedly enhanced after a few hours of LPS stimulation with concomitant NEK7 phosphorylation increase although the phosphorylation site(s) was not identified (Chevrier a kol, 2011 ). This phosphorylation induction was suppressed with a pan PLK inhibitor (Chevrier a kol, 2011 ), which is consistent with our finding that PLK4 phosphorylated NEK7 at S204 at the time point of 4 h of LPS priming. While the physiological significance of PLK4 in regulating inflammasome activation remains unclear, we speculate that LPS-stimulated PLK4 expression/activation and subsequent NEK7 phosphorylation might serve as a break in the location where NLRP3 inflammasome is assembled and activated to tightly restraint inflammasome activity to a proper level so as to avoid deleterious effect of excessive activation.

As a key regulator of centrosome duplication, an appropriate level of PLK4 is critical for keeping the right number of centrosomes during cell divisions which would otherwise produce chromosomal instability and aneuploidy (Maniswami a kol, 2018). Deregulated expression of PLK4 has been associated with multiple cancers, and PLK4 has become a drug target for cancer treatment (Maniswami a kol, 2018). In this regard, its target NEK7 has recently been shown to control the integrity of telomere shelterin protein complex (Tan a kol, 2017). It would be worthwhile to investigate whether aberrant activation of NLRP3 inflammasome contributes to tumorigenesis in cancers associated with deregulation of PLK4 and NEK7.

In summary, our findings define a centrosomal Spata2/CYLD-PLK4 signaling axis that suppresses NLRP3 inflammasome activation by a PLK4-mediated NEK7 phosphorylation, which in turn attenuates the association of NEK7 with NLRP3 leading to the inhibition of abnormally high inflammasome activation. Our data shed new light on the understanding of the centrosome as a platform for inflammasome assembly and activation and provide novel potential therapeutic targets for treatment of NLRP3 inflammasome-mediated inflammatory diseases.


F5. Recognition and Response in the Innate Immune System

  • Contributed by Henry Jakubowski
  • Professor (Chemistry) at College of St. Benedict/St. John's University

The adaptive immune response must be activated by cells of the innate immune system. These cells must recognized viruses and living cells like bacteria, fungi, and protozoans like amoebas. There are often common structural features in these different classes of cells. The cells of the innate system (dendritic cells, macrophages, eosinophils, etc) have receptors (Toll-like Receptors 1-10 or TLRs) that recognize the common pathogen associated molecular patterns (PAMPs) , which leads to binding, engulfment, signal transduction, maturation (differentiation), antigen presentation, and cytokine/chemokine release from these cells. Take for example dendritic cells, which reside in the peripheral tissues and act as sentinels. They can bind PAMPs which include:

  • CHO/Lipids on bacteria surface (LPS)
  • mannose (CHO found in abundance on bacteria,
  • yeast dsRNA (from viruses)
  • nonmethylated CpG motiffs in bacterial DNA

Bacterial and viral nucleic acids are recognized by intracellular TLRs in the cell after the they been taken up into the cells by endocytosis. Dendritic cells phagocytize microbial and host cells killed through programmed cell death (apoptosis). In the process of maturation, surface protein expression is altered, allowing the cells to leave the peripheral tissue and migrate to the lymph nodes where they activate T cells through the antigen presentation methods described above. They also control lymphocyte movement through release of chemokines. The very large figure below shows the processes involved in recognition of PAMPs by TLRs of innate immune system cells.


Role of Interleukins on Physiological and Pathological Bone Resorption and Bone Formation: Effects by Cytokines in The IL-1 and IL-2 Families

Interleukin-37

High levels of IL-37 protein and increased numbers of IL-37 expressing cells have been detected in clinical specimens from patients with infected bone lesions ( Tang et al., 2018 ). The authors also report that local osteoclast formation and bone loss caused by injection of LPS s.c. on the top of skull bones in mice is abolished by treatment with human IL-37. Systemic loss of trabecular bone in distal femur caused by LPS-treatment was also inhibited by IL-37. This may be explained by the well-known anti-inflammatory effect of IL-37, but effects on osteoclastogenesis may also contribute. The latter possibility is suggested by the fact that RAW264.7 cell line and human macrophages express IL-37 receptors, which when activated results in decreased expression of cytokines such as IL-1β, TNF-α and IL-6 ( Li et al., 2015 Schauer et al., 2017 ). It was also found that IL-37 could inhibit RANKL-stimulated osteoclast formation using both RAW264.7 cells and mouse bone marrow macrophages as osteoclast progenitor cells ( Tang et al., 2018 ). This effect was associated with MyD88-dependent decreased expression of osteoclastic and osteoclastogenic genes in the osteoclast progenitor cells. It was also found that IL-37 could inhibit osteoclastogenesis in RANKL-primed, LPS-stimulated bone marrow macrophages. In contrast, Saeed et al. report that, although IL-37 inhibited LPS-induced osteoclast formation in vivo, IL-37 did not inhibit RANKL- or LPS-induced osteoclast formation in mouse bone marrow macrophage cultures ( Saeed et al., 2016 ). The effect by IL-37 on osteoclast numbers in vivo was associated with decreased expression of RANKL, IL-1β and TNF-α. However, IL-37 did not affect LPS-induced RANKL expression in stromal cells and the authors therefore conclude that IL-37 inhibits osteoclast formation and RANKL expression in vivo indirectly by decreasing the expression of IL-1β and TNF-α. It seems IL-37 can inhibit osteoclast formation by both indirect and direct mechanisms.

It is not known if IL-37 may affect bone formation, but it has recently been shown that IL-37 can inhibit alkaline phosphatase activity and mineralization in aortic valve interstitial cell cultures, an effect associated with decreased levels of BMP-2 ( Zeng et al., 2017 ). The thickening of aortic valve seen in mice exposed to a TLR4 agonist, or high fat diet, was decreased in mice expressing human Il37.


Referencie

1. Rossol M, Pierer M, Raulien N, Quandt D, Meusch U, Rothe K, et al. Extracellular Ca2+ is a danger signal activating the NLRP3 inflammasome through G protein-coupled calcium sensing receptors. Nat Commun (2012) 3:1329. doi: 10.1038/ncomms2339

2. Martinon F, Pétrilli V, Mayor A, Tardivel A, Tschopp J. Gout-associated uric acid crystals activate the NALP3 inflammasome. Príroda (2006) 440(7081):237�. doi:10.1038/nature04516

3. Ferrari D, Chiozzi P, Falzoni S, Dal Susino M, Melchiorri L, Baricordi OR, et al. Extracellular ATP triggers IL-1 beta release by activating the purinergic P2Z receptor of human macrophages. J Immunol (1997) 159(3):1451𠄸.

4. Tannahill GM, Curtis AM, Adamik J, Palsson-McDermott EM, McGettrick AF, Goel G, et al. Succinate is an inflammatory signal that induces IL-1β through HIF-1α. Príroda (2013) 496(7444):238�. doi:10.1038/nature11986

5. Dietl K, Renner K, Dettmer K, Timischl B, Eberhart K, Dorn C, et al. Lactic acid and acidification inhibit TNF secretion and glycolysis of human monocytes. J Immunol (2010) 184(3):1200𠄹. doi:10.4049/jimmunol.0902584

6. O’Neill LA, Kishton RJ, Rathmell J. A guide to immunometabolism for immunologists. Nat Rev Immunol (2016) 16(9):553�. doi:10.1038/nri.2016.70

7. Freemerman AJ, Johnson AR, Sacks GN, Milner JJ, Kirk EL, Troester MA, et al. Metabolic reprogramming of macrophages: glucose transporter 1 (GLUT1)-mediated glucose metabolism drives a proinflammatory phenotype. J Biol Chem (2014) 289(11):7884�. doi:10.1074/jbc.M113.522037

8. Haschemi A, Kosma P, Gille L, Evans CR, Burant CF, Starkl P, et al. The sedoheptulose kinase CARKL directs macrophage polarization through control of glucose metabolism. Cell Metab (2012) 15(6):813�. doi:10.1016/j.cmet.2012.04.023

9. Saeed S, Quintin J, Kerstens HH, Rao NA, Aghajanirefah A, Matarese F, et al. Epigenetic programming of monocyte-to-macrophage differentiation and trained innate immunity. Veda (2014) 345(6204):1251086. doi:10.1126/science.1251086

10. Rodríguez-Prados JC, Través PG, Cuenca J, Rico D, Aragonés J, Martín-Sanz P, et al. Substrate fate in activated macrophages: a comparison between innate, classic, and alternative activation. J Immunol (2010) 185(1):605�. doi:10.4049/jimmunol.0901698

11. Renner K, Geiselhöringer AL, Fante M, Bruss C, Färber S, Schönhammer G, et al. Metabolic plasticity of human T cells: preserved cytokine production under glucose deprivation or mitochondrial restriction, but 2-deoxy-glucose affects effector functions. Eur J Immunol (2015) 45(9):2504�. doi:10.1002/eji.201545473

12. Kishton RJ, Barnes CE, Nichols AG, Cohen S, Gerriets VA, Siska PJ, et al. AMPK is essential to balance glycolysis and mitochondrial metabolism to control T-ALL cell stress and survival. Cell Metab (2016) 23(4):649�. doi:10.1016/j.cmet.2016.03.008

13. Malinarich F, Duan K, Hamid RA, Bijin A, Lin WX, Poidinger M, et al. High mitochondrial respiration and glycolytic capacity represent a metabolic phenotype of human tolerogenic dendritic cells. J Immunol (2015) 194(11):5174�. doi:10.4049/jimmunol.1303316

14. Kubota K, Ito K, Morooka M, Minamimoto R, Miyata Y, Yamashita H, et al. FDG PET for rheumatoid arthritis: basic considerations and whole-body PET/CT. Ann N Y Acad Sci (2011) 1228:29�. doi:10.1111/j.1749-6632.2011.06031.x

15. Chow E, Troy SB. The differential diagnosis of hypoglycorrhachia in adult patients. Am J Med Sci (2014) 348(3):186�. doi:10.1097/MAJ.0000000000000217

16. Chretien J, Bignon J, Hirsch A, editors. The Pleura in Health and Disease. 1 ed. New York: CRC Press (1985).

17. Chavalittamrong B, Angsusingha K, Tuchinda M, Habanananda S, Pidatcha P, Tuchinda C. Diagnostic significance of pH, lactic acid dehydrogenase, lactate and glucose in pleural fluid. Dýchanie (1979) 38(2):112�.

18. Sarva H, Chapman R, Omoregie E, Abrams C. The challenge of profound hypoglycorrhachia: two cases of sarcoidosis and review of the literature. Clin Rheumatol (2011) 30(12):1631𠄹. doi:10.1007/s10067-011-1834-y

19. Kim RC. Rheumatoid disease with encephalopathy. Ann Neurol (1980) 7(1):86�. doi:10.1002/ana.410070117

20. Balbir-Gurman A, Yigla M, Nahir AM, Braun-Moscovici Y. Rheumatoid pleural effusion. Semin Arthritis Rheum (2006) 35(6):368�. doi:10.1016/j.semarthrit.2006.03.002

21. Carr DT, McGuckin WF. Pleural fluid glucose. Serial observation of its concentration following oral administration of glucose to patients with rheumatoid pleural effusions and malignant effusions. Am Rev Respir Dis (1968) 97(2):302𠄵.

22. Corcoran JP, Ahmad M, Mukherjee R, Redmond KC. Pleuro-pulmonary complications of rheumatoid arthritis. Respir Care (2014) 59(4):e55𠄹. doi:10.4187/respcare.02597

23. Gibson T, Myers AR. Nervous system involvement in systemic lupus erythematosus. Ann Rheum Dis (1975) 35(5):398�. doi:10.1136/ard.35.5.398

24. Hardie DG, Ross FA, Hawley SA. AMPK: a nutrient and energy sensor that maintains energy homeostasis. Nat Rev Mol Cell Biol (2012) 13(4):251�. doi:10.1038/nrm3311

25. Rossol M, Meusch U, Pierer M, Kaltenhäuser S, Häntzschel H, Hauschildt S, Interaction between transmembrane TNF and TNFR1/2 mediates the activation of monocytes by contact with T cells. J Immunol (2007) 179(6):4239�. doi:10.4049/jimmunol.179.6.4239

26. Murugesan K, Baumann S, Wissenbach DK, Kliemt S, Kalkhof S, Otto W, et al. Subtoxic and toxic concentrations of benzene and toluene induce Nrf2-mediated antioxidative stress response and affect the central carbon metabolism in lung epithelial cells A549. Proteomics (2013) 13(21):3211�. doi:10.1002/pmic.201300126

27. Römisch-Margl W, Prehn C, Bogumil R, Röhring C, Suhre K, Adamski J, Procedure for tissue sample preparation and metabolite extraction for high-throughput targeted metabolomics. Metabolomics (2012) 8(1):133�. doi:10.1007/s11306-011-0293-4

28. Krawczyk CM, Holowka T, Sun J, Blagih J, Amiel E, DeBerardinis RJ, et al. Toll-like receptor-induced changes in glycolytic metabolism regulate dendritic cell activation. Krv (2010) 115(23):4742𠄹. doi:10.1182/blood-2009-10-249540

29. Yang L, Xie M, Yang M, Yu Y, Zhu S, Hou W, et al. PKM2 regulates the Warburg effect and promotes HMGB1 release in sepsis. Nat Commun (2014) 5:4436. doi:10.1038/ncomms5436

30. Hsu PP, Sabatini DM. Cancer cell metabolism: Warburg and beyond. Bunka (2008) 134(5):703𠄷. doi:10.1016/j.cell.2008.08.021

31. Newsholme P, Curi R, Gordon S, Newsholme EA. Metabolism of glucose, glutamine, long-chain fatty acids and ketone bodies by murine macrophages. Biochem J (1986) 239(1):121𠄵. doi:10.1042/bj2390121

32. Cadwell K. Crosstalk between autophagy and inflammatory signalling pathways: balancing defence and homeostasis. Nat Rev Immunol (2016) 16(11):661�. doi:10.1038/nri.2016.100

33. Rabinowitz JD, White E. Autophagy and metabolism. Veda (2010) 330(6009):1344𠄸. doi:10.1126/science.1193497

34. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochémia. 5. vyd. New York: W H Freeman (2002).

35. Pfeiffer T, Schuster S, Bonhoeffer S. Cooperation and competition in the evolution of ATP-producing pathways. Veda (2001) 292(5516):504𠄷. doi:10.1126/science.1058079

36. Lagarde M, Sicard B, Guichardant M, Felisi O, Dechavanne M. Fatty acid composition in native and cultured human endothelial cells. In Vitro (1984) 20(1):33𠄷. doi:10.1007/BF02633329

37. Rambold AS, Cohen S, Lippincott-Schwartz J. Fatty acid trafficking in starved cells: regulation by lipid droplet lipolysis, autophagy and mitochondrial fusion dynamics. Dev Cell (2015) 32(6):678�. doi:10.1016/j.devcel.2015.01.029

38. Herms A, Bosch M, Reddy BJ, Schieber NL, Fajardo A, Rupérez C, et al. AMPK activation promotes lipid droplet dispersion on detyrosinated microtubules to increase mitochondrial fatty acid oxidation. Nat Commun (2015) 6:7176. doi:10.1038/ncomms8176

39. Bartz R, Li WH, Venables B, Zehmer JK, Roth MR, Welti R, et al. Lipidomics reveals that adiposomes store ether lipids and mediate phospholipid traffic. J Lipid Res (2007) 48(4):837�. doi:10.1194/jlr.M600413-JLR200

40. Huang YL, Morales-Rosado J, Ray J, Myers TG, Kho T, Lu M, et al. Toll-like receptor agonists promote prolonged triglyceride storage in macrophages. J Biol Chem (2014) 289(5):3001�. doi:10.1074/jbc.M113.524587

41. Kim J, Kundu M, Viollet B, Guan K-L. AMPK and mTOR regulate autophagy through direct phosphorylation of Ulk1. Nat Cell Biol (2011) 13(2):132�. doi:10.1038/ncb2152

42. Shi CS, Shenderov K, Huang NN, Kabat J, Abu-Asab M, Fitzgerald KA, et al. Activation of autophagy by inflammatory signals limits IL-1β production by targeting ubiquitinated inflammasomes for destruction. Nat Immunol (2012) 13(3):255�. doi:10.1038/ni.2215

43. Alba G, El Bekay R, Alvarez-Maqueda M, Chacón P, Vega A, Monteseirín J, et al. Stimulators of AMP-activated protein kinase inhibit the respiratory burst in human neutrophils. FEBS Lett (2004) 573(1𠄳):219�. doi:10.1016/j.febslet.2004.07.077

44. Balteau M, Van Steenbergen A, Timmermans AD, Dessy C, Behets-Wydemans G, Tajeddine N, et al. AMPK activation by glucagon-like peptide-1 prevents NADPH oxidase activation induced by hyperglycemia in adult cardiomyocytes. Am J Physiol Heart Circ Physiol (2014) 307(8):H1120�. doi:10.1152/ajpheart.00210.2014

45. Eid AA, Ford BM, Block K, Kasinath BS, Gorin Y, Ghosh-Choudhury G, et al. AMP-activated protein kinase (AMPK) negatively regulates Nox4-dependent activation of p53 and epithelial cell apoptosis in diabetes. J Biol Chem (2010) 285(48):37503�. doi:10.1074/jbc.M110.136796

Keywords: monocytes, Warburg effect, fatty acid oxidation, glucose deprivation, inflammation

Citation: Raulien N, Friedrich K, Strobel S, Rubner S, Baumann S, von Bergen M, Körner A, Krueger M, Rossol M and Wagner U (2017) Fatty Acid Oxidation Compensates for Lipopolysaccharide-Induced Warburg Effect in Glucose-Deprived Monocytes. Predné. Immunol. 8:609. doi: 10.3389/fimmu.2017.00609

Received: 10 March 2017 Accepted: 09 May 2017
Published: 29 May 2017

Kiichi Hirota, Kansai Medical University, Japan
Nicola Tamassia, University of Verona, Italy

Copyright: © 2017 Raulien, Friedrich, Strobel, Rubner, Baumann, von Bergen, Körner, Krueger, Rossol and Wagner. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.