NLRP1-Inflammasom

Inflammasome sind Instrumente des angeborenen Immunsystems, die für die Aktivierung von Entzündungsreaktionen verantwortlich sind. Inflammasome sind zytosolische (intrazelluläre) Multi-Proteinkomplexe (Martinon F et al. 2002), die vorwiegend in Immunzellen, so in dendritischen Zellen und Makrophagen, aber auch in Epithelien  der Haut und der Schleimhäute (Darm- Harnblasenepithelien) vorkommen. Die Aktivierung des Inflammasoms fördert die proteolytische Spaltung, Reifung und Sekretion der proinflammatorischen Zytokine Interleukin 1β (IL-1β) und Interleukin 18 (IL-18) sowie die Spaltung von Gasdermin D. Das aus der Gasdermin-D-Spaltung resultierende N-terminale Fragment, löst eine entzündungsfördernde Form des programmierten Zelltods der Pyroptose aus und ist für die Sekretion der reifen Zytokine verantwortlich, vermutlich durch die Bildung von Poren in der Plasmamembran (Broz P et al. 2016). Darüber hinaus können Inflammasome auch eine besondere Form des programmierten Zelltods, die PANOptose auslösen, die wesentliche Merkmale von Apoptose, Pyroptose und Nekroptose aufweist (Zhuang L et al.2023).

Die Aktivierung von Inflammasomen wird durch verschiedene Arten von zytosolischen Mustererkennungsrezeptoren (PRRs) ausgelöst, die entweder von Mikroben stammen (pathogen-assoziierte molekulare Muster/PAMPs) oder von der Wirtszelle selbst erzeugt wurden (schädigungsassoziierte molekulare Muster/DAMPs). Zu den an Inflammasomen beteiligten Mustererkennungsrezeptoren gehören sog. NLRs (nucleotide-binding oligomerization domain and leucine-rich repeat-containing receptors) sowie AIM2 (absent in melanoma 2), IFI16 (IFN-inducible protein 16) und Pyrin (Broz P et al. 2016).

Über ihre Caspase-Aktivierungs- und Rekrutierungsdomäne (CARD) oder über die Pyrin-Domäne (PYD) interagieren die Inflammasom-Rezeptoren mit dem Adaptorprotein ASC, das dann über seine CARD-Domäne Caspase-1 durch proteolytische Spaltung aktiviert (Broz P et al. 2016). Die aktivierte Caspase-1 spaltet schließlich die unreifen pro-inflammatorischen Zytokine pro-IL-1beta und pro-IL-18 sowie Gasdermin D in ihre aktiven Endstufen. V.a. IL 1beta  und IL 18 sind für die Entzündungssignalisierung bzw. den pyroptotischen Zelltod verantwortlich.

Neben diesen s.g. kanonischen Inflammasomen wurden auch nicht-kanonische Inflammasom-Komplexe beschrieben, die unabhängig von Caspase-1 wirken. Tierexperimentell können nicht-kanonische Inflammasome durch direkte Erkennung von zytosolischem bakteriellem Lipopolysaccharid (LPS) aktiviert werden. In menschlichen Zellen sind die entsprechenden Caspasen des nicht-kanonischen Inflammasoms die Caspase 4 und die Caspase 5 (Broz P et al. 2016).

Bisher wurden Inflammasome v.a. in professionellen Immunzellen des angeborenen Immunsystems, wie Makrophagen und Neutrophilen nachgewiesen. Inzwischen weisss man jedoch, dass Inflammasom-Komponenten in epithelialen Barrieregeweben exprimiert werden (Winsor N et al. 2019). Im Falle einer Dysregulation der Inflammasom-Aktivierung kann dies zu erheblichen Störungen der angeborenen Immunität führen, zu chronischen Entzündungszuständen, Tumorbildungen, Stoffwechsel- und neurodegenerativen Erkrankungen (Ippagunta SK et al. 2011).

NLRP1 steht als Akronym für:  "NACHT domain, leucine-rich repeat, pyrin domains" einem Schlüsselprotein des Inflammasoms. Zusätzlich zu NOD und LRR enthält NLRP1 an seinem N-Terminus eine Pyrindomäne (PYD) und an seinem C-Terminus ein FIIND-Motiv und eine CARD, was es von den anderen Inflammasomen unterscheidet. Bei der Aktivierung interagiert die C-terminale CARD mit der CARD von Procaspase-1 oder Procaspase-5, während ihr N-terminales PYD homotypisch mit der PYD des Adapterproteins ASC interagiert, dessen CARD dann eine andere Pro-Caspase-1 rekrutieren kann. Die allgemeine Rekrutierung und Spaltung von Procaspase-1 kann dann alle nachgeschalteten Caspase-1-Signalwege aktivieren.

Polymorphismen in dem NLRP1-Gen sind mit einer familiären Form der Vitiligo assoziiert.

1. Broz P et al. (2016) Inflammasomes: mechanism of assembly, regulation and signalling. Nature Reviews. Immunology 16: 407–420.
2. Chavarría-Smith J et al. (2015) The NLRP1 inflammasomes. Immunol Rev 265:22-34.
3. D'Osualdo A et al.(2012)  NLRP1, a regulator of innate immunity associated with vitiligo. Pigment Cell Melanoma Res 25:5-8.
4. Duncan JA et al. (2009) Neisseria gonorrhoeae activates the proteinase cathepsin B to mediate the signaling activities of the NLRP3 and ASC-containing inflammasome. Journal of Immunology 182: 6460–6469.
5. Fattinger SA et al. (2021) Epithelium-autonomous NAIP/NLRC4 prevents TNF-driven inflammatory destruction of the gut epithelial barrier in Salmonella-infected mice. Mucosal Immunology 14: 615–629.
6. Ippagunta SK et al. (2011) The inflammasome adaptor ASC regulates the function of adaptive immune cells by controlling Dock2-mediated Rac activation and actin polymerization. Nature Immunology 12: 1010–1016
7. Martinon F et al. (2002) The inflammasome: a molecular platform triggering activation of inflammatory caspases and processing of proIL-beta. Molecular Cell 10: 417–426.
8. Martinon F et al. (2006) Gout-associated uric acid crystals activate the NALP3 inflammasome. Nature 440: 237–241.
9. Sellin ME et al. (2015) Inflammasomes of the intestinal epithelium. Trends in Immunology 36: 442–450.
10. Sellin ME et al. (2018) Consequences of Epithelial Inflammasome Activation by Bacterial Pathogens. Journal of Molecular Biology. Mechanisms of Inflammasome Activation 430 : 193–206.
11. Stutz A et al. (2009) Inflammasomes: too big to miss. The Journal of Clinical Investigation 119: 3502–3511.
12. Winsor N et al. (2019) Canonical and noncanonical inflammasomes in intestinal epithelial cells. Cellular Microbiology 21: e13079.
13. Yang CA et al.(2015) Inflammasomes and human autoimmunity: A comprehensive review. J Autoimmun 61:1-8.
14. Yazdi AS et al.(2010) Nanoparticles activate the NLR pyrin domain containing 3 (Nlrp3) inflammasome and cause pulmonary inflammation through release of IL-1α
15. Zhuang L et al.(2023) A comprehensive analysis of PANoptosome to prognosis and immunotherapy response in pan-cancer. Sci Rep 13:3877.