インフラマソーム

インフラマソームは、炎症反応の活性化に関与する自然免疫系のサイトゾル多タンパク質オリゴマーです。インフラマソームの活性化と集合は、炎症誘発性サイトカインであるインターロイキン1β（IL-1β）およびインターロイキン18（IL-18）のタンパク質分解的切断、成熟、および分泌、ならびにガスデルミン-Dの切断を促進します。この切断から生じるN末端断片は、アポトーシスとは異なるアポトーシス誘発性と呼ばれる炎症性のプログラム細胞死を誘導し、おそらく原形質膜の孔の形成を介して成熟サイトカインの分泌を担います。インフラマソーム活性化の調節不全の場合、癌、自己免疫、代謝および神経変性疾患などの主要な疾患の品揃えが発生する可能性があります。

伝統的に、インフラマソームは主に、マクロファージなどの自然免疫系の専門的な免疫細胞で研究されてきました。しかし、より最近の研究では、上皮バリア組織におけるインフラマソーム成分の高レベルの発現が示されており、それらは重要な防御の第一線であることが示されています。インフラマソームの活性化は、微生物由来の病原体関連分子パターン（PAMP）または宿主細胞によって生成される危険関連分子パターン（DAMP）のいずれかに反応する、さまざまな種類のサイトゾルパターン認識受容体（PRR）によって開始されます。インフラマソームは、NLR（ヌクレオチド結合オリゴマー化ドメインおよびロイシンリッチリピート含有受容体）、AIM2（黒色腫2に存在しない）、IFI16（IFN誘導性タンパク質16）、およびピリンを含みます。インフラマソーム受容体は、カスパーゼ活性化およびリクルートメントドメイン（CARD）またはピリンドメイン（PYD）を介してアダプタータンパク質ASCと相互作用し、その後、CARDドメインを介してpro-caspase-1をリクルートし、タンパク質分解によるエフェクターカスパーゼを活性化します。活性化されたカスパーゼ-1は、未熟な炎症性サイトカインpro-IL-1βおよびpro-IL-18、ならびにそれぞれ炎症性シグナル伝達および消化細胞死の原因となるガスデルミン-Dを切断します。これらのいわゆる標準的なインフラマソームに加えて、さまざまな研究で、カスパーゼ-1とは独立して作用する非標準的なインフラマソーム複合体も説明されています。マウスでは、非標準インフラマソームはカスパーゼ-11による細胞質ゾル性細菌性リポ多糖（LPS）の直接感知により活性化され、その後、細胞死を誘発します。ヒト細胞では、非標準インフラマソームの対応するカスパーゼは、カスパーゼ4とカスパーゼ5です。

歴史

インフラマソームは、2002年にローザンヌ大学のJürgTschopp博士のチームによって発見されました。Tschoppとチームは、痛風や2型糖尿病などの疾患におけるインフラマソームの役割を明確にすることができました。彼らは、さまざまな危険信号が、ウイルスDNA、ムラミルジペプチド（MDP）、アスベスト、およびシリカを含むインフラマソームからの応答を引き起こす可能性があることを発見しました。 Tschoppと彼の同僚は、メタボリックシンドロームとインフラマソームのサブセットタイプであるNLRP3との関連を発見しました。 NLRP3に関する彼らの研究の中で、NLRP3が阻害されると、I型インターフェロンの免疫抑制作用が示されることを示すことができました。最終的に、Tschopp博士と彼のチームの研究は、多くの主要な病気や病気の研究と最終的な治療につながりました。 2002年、Martinon 等によって最初に報告されました。 NLRP1と名付けられたNLRのサブセットは、カスパーゼ-1カスケードを集合的に活性化する共通構造に集合およびオリゴマー化することができ、それにより炎症性サイトカイン、特にIL-1BおよびIL-18の産生をもたらします。このNLRP1多分子複合体は「インフラマソーム」と呼ばれ、次の年に大きな関心を呼びました。それ以来、いくつかの他のインフラマソームが発見されましたが、そのうちの2つはNLRサブセットでもあり、NLRP3とNLRC4です。最近では、Horungung 等。 PYHIN（ピリンおよびHINドメイン含有タンパク質）ファミリーのインフラマソームを分類し、外来細胞質二本鎖DNA（dsDNA）を感知すると集合する黒色腫2（AIM2）に存在しないと呼ばれます。特に、アダプタータンパク質ASCのピリンドメインは、活性化時に自己永続的な方法でプリオン様ドメインとして機能することが最近示されています。

自然免疫における役割

感染中、自然免疫応答によって採用される防御の最初の形態の1つは、病原体（PAMP）の侵入によって表される分子パターンを認識するために生殖細胞系にコード化されるパターン認識受容体（PRR）のグループです。これらは、Toll様受容体（TLR）やC型レクチン受容体（CLR）などの膜表面、またはNod様受容体（NLR）やRIG-I様受容体（RLR）などの細胞質内に存在します。インフラマソーム複合体は、細胞自体によって生成されるさまざまな微生物由来のPAMPおよびDAMPを認識するサイトゾルPRRのサブセットによって活性化されます。自然免疫系の一部として、インフラマソームは、炎症性サイトカインの活性化と分泌、および免疫刺激プログラム細胞死の特殊な形態の誘導を介して、炎症カスケードの誘導と宿主防御の調整に重要な役割を果たしますピロトーシスと呼ばれます。伝統的に、インフラマソームは主にマクロファージなどのプロの自然免疫細胞で研究されてきました。しかし、最近では、いくつかの研究でさまざまな上皮インフラマソームが説明され、防衛の第一線としてのその重要な役割が強調されました。上皮細胞は腸などの重要な障壁組織に並んでいるため、それらのインフラマソームは、相互作用の最初のポイントで侵入微生物を認識するように最適に配置されています。

炎症カスケード

アポトーシスカスケードを活性化するアポトソームと同様に、インフラマソームはピロプトーシス性炎症カスケードを活性化します。活性化されると、インフラマソームは、プロカスパーゼ-1（カスパーゼ-1の前駆体分子）に結合します。これは、独自のカスパーゼ活性化およびリクルートメントドメイン（CARD）を介して、またはインフラマソーム中に結合するアダプタータンパク質ASCのCARDを介してホモタイプで行われます形成。完全な形で、インフラマソームは多くのp45プロカスパーゼ1分子を一緒に並置し、p20サブユニットとp10サブユニットへの自己触媒的切断を誘導します。その後、カスパーゼ1は、それぞれp20サブユニットとp10サブユニットを持つ2つのヘテロダイマーからなる活性型に集合します。アクティブになると、最初の炎症信号に応じてさまざまなプロセスを実行できます。これらには、Asp116でのプロIL-1βのIL-1βへのタンパク質分解切断、プロIL-18のIL-18への切断、ならびにガスデルミン-Dの切断が含まれます。炎症刺激シグナル伝達を誘導するために細胞が細胞質内容物を放出する免疫刺激型のプログラム細胞死であるパイロトーシス。インフラマソーム活性化後に放出されるIL-1βおよびIL-18は、IFN-γ分泌およびナチュラルキラー細胞活性化、切断を誘導することがわかったおよびIL-33の不活性化、DNA断片化および細胞孔形成、解糖酵素の阻害、脂質生合成の活性化、およびプロIL-1αなどの組織修復メディエーターの分泌。さらに、AIM2には、外来の細胞質dsDNAを感知して結合し、NF-κBを活性化するHIN200ドメインが含まれています。NF-κBは、細菌やウイルスの感染に不可欠な役割です。

NLRサブセットインフラマソーム

NLRP1、NLRP3、NLRP6、およびNLRC4はNLRファミリーのサブセットであり、2つの共通の特徴があります。最初の特徴は、ヌクレオチド結合オリゴマー化ドメイン（NOD）であり、リボヌクレオチド-リン酸（rNTP）によって結合され、自己オリゴマー化に重要です。 2番目はC末端ロイシンリッチリピート（LRR）で、他の受容体（TLRなど）または微生物リガンドのリガンド認識ドメインとして機能します。 NLRP1はニューロンで発見されていますが、NLRP3とNLRC4（IPAF）はミクログリア細胞で同定されています。

NLRP1

遺伝子情報についてはNLRP1をご覧ください

NODとLRRに加えて、NLRP1はN末端にピリンドメイン（PYD）を、C末端にFIINDモチーフとCARDを含んでおり、他のインフラマソームと区別します。ヒトにはNLRP1タンパク質が1つしかありませんが、げっ歯類は異なるパラログを持っていることがわかりました。活性化すると、C末端CARDはプロカスパーゼ1またはプロカスパーゼ5のCARDとホモタイプで相互作用し、N末端PYDはアダプタータンパク質ASCのPYDとホモタイプで相互作用し、そのCARDが別のプロカスパーゼ1をリクルートできます。プロカスパーゼ-1の全体的な動員と切断により、すべての下流のカスパーゼ-1経路が活性化されます。

アクティベーション

マウスのNLRP1BおよびラットのNLRP2は、炭ac 菌致死毒素に反応することがわかった。 B. anthracisの致死因子は、タンパク質分解によりNLRP1Bを切断します。NLRP1Bは、受容体のユビキチン化とプロテアソームによる分解のターゲティングにつながります。この分解により、クリップされたC末端フラグメントが生成され、その後、非共有結合的に残りのタンパク質に結合します。このプロセス中に、インフラマソームのアセンブリーのためにC末端フラグメントのCARDにアクセスできるようになります。これまでのところ、プロテアソーム機構による分解に依存するこの活性化メカニズムはインフラマソームの間でユニークです。

NLRP1活性は、アポトーシス細胞のBcl-2およびBcl-x（L）によって制御されます。これらは、休止細胞では、NLRP1活性に関連して阻害します。

NLRP3

遺伝子情報についてはNALP3を参照してください

NODおよびLRRドメインに加えて、NLRP3はNLRP1のようなPYDドメインを含むため、同じ方法でカスパーゼ1を活性化し、そのPYDを使用してASCをリクルートします。それは細胞ごとに1つのオリゴマーのみを形成し、そのオリゴマーは7つのNLRP3分子でできています。中でも最大のインフラマソームであることが知られており、直径約2 umをカバーしています。

アクティベーション

NLRP3オリゴマー化は、PAMPとDAMPの両方を含む多数の刺激によって活性化されます。これは、その活性化経路に関する研究に関係しています。ＤＡＭＰグループからのそのような刺激の例は、ウレア酸一ナトリウム（ＭＳＵ）結晶、ミョウバンまたはアスベスト、カルシウム流入、ミトコンドリア反応性酸素種（ＲＯＳ）、および細胞外ＡＴＰなどの結晶物質である。 NLRP3インフラマソームは、インフルエンザA、HCVなどのウイルス、Ne菌などの細菌、ナイジェリシンやマイトトキシンなどの細菌毒素など、さまざまな病原体のPAMPに応答することもわかっています。すべての異なるNLRP3刺激が収束する下流のポイントは、細胞内カリウム濃度が低いことがわかりました。コレステロール結晶とMSU結晶によるNLRP3インフラマソームの活性化は、NLRP3によって誘導されるIL-1β産生を増加させ、このプロセスは、これらの結晶が細胞内で形成されるアテローム性動脈硬化症および痛風で抑止されると考えられます。二酸化チタン、二酸化ケイ素、アスベストなどの無機粒子がインフラマソーム反応を引き起こすことも証明されています。ある研究では、NLRP3インフラマソームの活性化が睡眠調節に関与していることさえ示しています。

NAIP / NLRC4

遺伝子情報についてはNLRC4をご覧ください

NLRC4（IPAFとも呼ばれる）はインフラマソームを形成するNLRCファミリーの唯一の既知のサブセットであり、アダプタータンパク質ASCまたはプロカスパーゼ-1を直接リクルートするために使用するNODおよびLRRに加えてCARDドメインのみを含みます。他のインフラマソームとは対照的に、NLRC4は上流受容体としてNAIP（NLRファミリーアポトーシス抑制タンパク質）を適用します。

アクティベーション

NAIP / NLRC4インフラマソームは宿主防御に関与しています。 NAIPsは、細胞質ゾルの細菌PAMPに結合することにより活性化され、細菌3型分泌システム（T3SS）のrod体（NAIP2）および針（NAIP1）成分、およびべん毛の分子ビルディングブロックであるフラジェリン（ NAIP5および6）。リガンド結合後、NAIPはNLRC4と相互作用してNAIP / NLRC4インフラマソームのアセンブリを開始し、その後、CIPドメインを介してプロカスパーゼ1を補充および活性化します。

パルミテートは、NLRC4インフラマソームをバクテリアなしで誘導することが実験的に示されています。これは、インフラマソームが免疫系で持つかもしれない他の機能への洞察を与え、またインフラマソームがバクテリア以上のものに反応できることを示唆します。 NLRC4インフラマソームは、環状アデノシン一リン酸（cAMP）によって制御されています。

アダプターASC

カスパーゼ補充ドメイン（ASCまたはPycard）を含むタンパク質のようなアポトーシス関連スペックは、インフラマソームの活性化に重要な役割を果たします。 ASCは、カスパーゼ-1をリクルートして、そのCARDドメインを介してインフラマソーム複合体のNLRと関連付けるのに役立ちます。

ASCは、MHCクラスIIが樹状細胞に抗原ペプチドを提示するために必要であることが示されているため、インフラマソームとは独立した義務もあります。

AIM2およびIFI16

AIM2

もっと詳しく：AIM2

AIM2は、 黒色腫2に存在しないことの頭字語であり、 インターフェロン誘導性タンパク質とも呼ばれることがあります。

構造

AIM2は、pyrin（DAPIN）とHIN-200ドメインを持つ343アミノ酸の非NLRファミリータンパク質で、前者はdsDNAによってAIM2で活性化されます。

関数

AIM2インフラマソームは、サイトゾルの二本鎖DNA（dsDNA）の検出器であり、DNAウイルス感染や細胞内細菌感染に対する免疫防御の調整に重要な役割を果たします。 AIM2は、ウイルスのdsDNA、細菌のdsDNA、および異常な宿主のdsDNAによって活性化されるため、さまざまなヒトの疾患に関連付けられています。たとえば、乾癬疾患における自己炎症は、AIM2による自己DNAの認識に関連していることがわかっています。さらに、AIM2の活性化は、自己免疫疾患の全身性エリテマトーデス中の自己免疫応答に役割を果たすと考えられています。 AIM2インフラマソームは、核膜の完全性の薬理学的破壊によっても活性化されます。 AIM2は、dsDNAをそのC末端HIN-200ドメインと結合します。 AIM2のPYDドメインは、ASCとのPYD-PYD相互作用によって同型的に相互作用します。 ASC CARDドメインは、プロカスパーゼ-1を複合体に補充します。カスパーゼ-1は、炎症性サイトカイン（IL-1β、IL-18）の成熟を活性化します。

IFI16

AIM2と同様に、IFI16（IFN誘導性タンパク質16）はPYHIN（ピリンおよびHINドメインを含む）ファミリーに属します。ヒトのIFI16、およびマウスオルソログであるIFI204は、細菌感染とウイルス感染の両方でIFNの産生を調節する上で重要な役割を果たします。 AIM2とは対照的に、IFI16は核DNAセンサーです。ウイルスDNAとの相互作用に続いて、IFI16はASCとの相互作用を通じてカスパーゼ-1を動員し、HIV感染に反応してCD4 + T細胞の細胞死を引き起こすことが示されました。

パイリン

ピリンは遺伝子MEFVによってコード化され、TRIM20またはマレノストリンとも呼ばれます。

構造

ピリンは、PYDドメイン、2つのBボックス、コイルドコイルドメイン、およびC末端のB30.2ドメインで構成され、後者はヒトピリンにのみ存在します。

関数

ピリンインフラマソームのアセンブリは、細胞骨格ダイナミクスにおける病原体に起因する障害の検出を介して、エフェクター毒素と同様に細菌毒素によって引き起こされます。より具体的には、ピリンはこれらの細菌因子によるRho GTPase RHOAの不活性化を検出します。 RHOA不活性化の検出後、ピリンはそのN末端PYDドメインを介してASCと相互作用し、カスパーゼ-1の活性化を誘導します。

非標準インフラマソーム

非標準インフラマソームという名前は、これらインフラマソーム複合体がカスパーゼ-1に依存しないという事実に由来しています。マウスでは、非標準インフラマソームはカスパーゼ-11に依存しますが、ヒト非標準インフラマソームはカスパーゼ4およびカスパーゼ5に依存します。これらのカスパーゼはすべて、細胞内LPSに直接結合し、その後ガスデルミン-D切断を媒介する高分子複合体を形成しますピロプティック細胞死の誘導。さらに、非標準的なインフラマソームは、ガスデルミン-Dによって形成されたメンバーの細孔を介してカリウム流出を引き起こすことにより、NLRP3インフラマソームを明示的に活性化する可能性もあります。 NLRP3インフラマソームは、炎症誘発性サイトカインのプロセシングを媒介し、非標準的なインフラマソームの活性化に応じてIL-1βとIL-18を放出します。

上皮インフラマソーム

伝統的に、インフラマソームは主にマクロファージなどの自然免疫系のプロ細胞で研究されてきました。しかし、最近では、インフラマソームを介した防御が、さまざまな上皮部位でも細菌による猛攻撃に対する防御の最前線として重要な役割を果たすことがわかっています。環境との界面に位置する結果としての一般的な病原体侵入部位としての上皮の重要性を考慮すると、上皮組織は単に物理的障壁としての機能を果たすだけでなく、さらに最初の接触時に防御反応を開始することが直感的に見える病原体。これと一致して、さまざまなインフラマソーム成分がさまざまな上皮組織で発現していることがわかった。病原体が後でプロの免疫細胞と相互作用するときにこれらの因子がダウンレギュレートされる可能性がある一方で、上皮バリアでの自然免疫成分の発現は、病原性因子の発現、したがってPAMPの暴露が侵入中のこれらの障壁の破壊に必要であるため、病原体検出をさらに促進します感染の段階。上皮インフラマソームは主に腸粘膜で研究されてきましたが、膀胱上皮など他のタイプの上皮にもインフラマソームがあることの証拠があります。

上皮NAIP / NLRC4

NAIP / NLRC4インフラマソームは、最もよく説明されている上皮インフラマソームであり、腸内細菌感染の初期段階でのサルモネラ菌やシトロバクターロデンティウムによる上皮内細菌集団の制限に重要な役割を果たします。細胞内細菌はインフラマソームの活性化を引き起こし、細菌負荷を減らすために上皮から感染した上皮細胞を特異的に排除します。このプロセスは上皮細胞の押し出しとも呼ばれ、上皮バリアの完全性を損なうことなく行われます。さらに、NAIP / NLRC4インフラマソームは、腫瘍開始細胞の除去をトリガーすることにより、結腸直腸癌（CRC）のマウスモデルで腫瘍負荷を減らすことがわかった。

上皮の非標準インフラマソーム

マウスカスパーゼ-11は主にマクロファージで発現しますが、ヒトカスパーゼ-4は腸上皮細胞でも高レベルで発現します。上皮NAIP / NLRC4インフラマソームで観察されたものと同様に、ヒト上皮細胞は、 サルモネラ菌 、 フレクスネ赤痢菌 、 エシェリヒアなどの腸内病原体の感染に応じて、カスパーゼ4依存性、カスパーゼ1依存性の細胞死および排出を受けることが示されましたコリさらに、IL-18の分泌は上皮細胞のサイトゾルLPSによって引き起こされる可能性があります。

上皮インフラマソーム活性化の結果

侵入病原体に応答した上皮インフラマソームの活性化は、感染細胞自体および他の種類の細胞とのローカルおよびグローバルレベルでのコミュニケーションに重要な細胞自律効果をもたらします。インフラマソーム活性化のこれらの下流の結果は、3つのカテゴリー、すなわち、（1）上皮細胞自体の死、（2）可溶性炎症誘発性分子の放出、および（3）エフェクター細胞の動員と活性化に分類できます。

上皮細胞死

上皮バリアの完全性を維持するために、細胞死とそれに続く感染細胞の押し出しは、隣接する細胞による上皮のギャップの密閉を保証するために調整された方法で発生する必要があります。上皮細胞死は、インフラマソームの活性化だけでなく、他の死を誘発する細胞タイプの局所的な動員、または全体的な炎症によって、直接の細胞自律的な方法で引き起こされ、感染細胞と非感染細胞の両方を除去する上皮代謝回転の増加をもたらします。上皮細胞死の最も重要な結果は、バリアの完全性を維持するための上皮病原体負荷の減少です。

可溶性免疫メディエーターの放出

インフラマソームの活性化は、炎症性IL-1βおよびIL-18の切断、活性化、分泌を引き起こし、さまざまな種類のエフェクター細胞を補充し、自然免疫応答を調整することが知られています。プロIL-1βの発現はToll様受容体シグナル伝達に依存しているため、腸上皮細胞は非常に低いレベルのIL-1β自体を産生します。一方、Pro-IL-18は、さまざまな種類の上皮細胞によって構成的に発現され、インフラマソームの活性化時に容易に分泌されます。上皮から分泌されるIL-18は、さまざまな細胞タイプによるIFN-γの産生を誘導できます。

エフェクター細胞の募集と活性化

不滅的に、インフラマソーム由来のIL-18は、自然免疫応答の初期段階で重要な役割を果たすナチュラルキラー（NK）細胞の補充にも関与しています。さらに、IL-18は感染部位に蓄積したNK細胞のエフェクター機能も刺激できます。活性化されたNK細胞は、病原体の負荷を制限するのに役立ち、細胞死の上皮自律誘導と比較して、より遅い時点で全身部位に広がることができます。最後に、NK細胞は他の炎症細胞タイプを補充するためにIFN-γも分泌します。

膀胱上皮のUPEC感染の研究では、上皮細胞は細菌感染に応答して高レベルでIL-1βを分泌することがわかった。この研究は、IL-1β分泌がNLRP3インフラマソームとカスパーゼ-1に依存することを報告し、分泌された炎症誘発性サイトカインは感染部位へのマスト細胞の動員に必要でした。次に、マスト細胞は、上皮に取り込まれた顆粒を分泌することにより、上皮で細胞死の溶解形態を誘導します。

NK細胞とマスト細胞に加えて、好中球は、病原体による上皮障壁の突破後に感染組織に浸潤する他の重要な自然免疫エフェクター細胞です。インフラマソームの活性化に応答して分泌されるIL-1βとIL-18の両方は、好中球の動員に関与しています。ひとたび感染組織に到達すると、好中球は侵入病原体の固定化と除去を助け、侵入微生物を直接飲み込むか殺します。さらに、それらはIFN-γやIL-22などの炎症性メディエーターを分泌します。 IFN-γは単核食細胞の殺菌能力の活性化を促進することが知られています。一方、IL-22は上皮バリアを強化します。最後に、好中球は、パイロプティックマクロファージ内に閉じ込められた細菌の除去を担います。

インフラマソームの調節不全

インフラマソームの制御に関する問題は、I型およびII型糖尿病、炎症性腸疾患（IBD）、痛風性関節炎、多発性硬化症、白斑などのいくつかの自己免疫疾患、および自己炎症性疾患に関連しています。これらの疾患および障害は、インフラマソームが関与する炎症誘発性サイトカインの分泌が多すぎるか、または少なすぎることに関係しています。適応免疫系による突然変異または間違い（自己を外来/危険信号と誤解する）は、インフラマソームの調節不全のせいかもしれません。