PYCARD-Gen

Das PYCARD-Gen (PYCARD steht für „PYD And CARD Domain Containing“) ist ein Protein kodierendes Gen, das auf Chromosom 16p11.2 lokalisiert ist. Das PYCARD-Gen kodiert ein Adaptorprotein (Apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruit domain - ASC- ), das aus zwei Protein-Protein-Interaktionsdomänen besteht:

• einer N-terminalen PYRIN-PAAD-DAPIN-Domäne (PYD)

und

• einer C-terminalen Caspase-Rekrutierungsdomäne (CARD).

Für das PYCARD-Gen wurden zwei Transkriptvarianten gefunden, die für unterschiedliche Isoformen kodieren.

Die PYD- und CARD-Domänen gehören zur Superfamilie der „six-helix bundle death domain-fold superfamily“  (Sechs-Helixbündel-Todesdomäne), die über die Aktivierung von Caspasen den Aufbau großer Signalkomplexe in den entzündlichen und apoptotischen Signalwegen vermittelt.

In normalen Zellen ist das Apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruit domain (ASC) im Zytoplasma lokalisiert; in Zellen, die der Apoptose unterliegen, bildet es jedoch kugelartige Aggregate in der Nähe der Kernperipherie.

Das ASC-Protein hat eine Funktion als Schlüsselmediator bei Apoptose und Entzündung. So fördert es die Caspase-vermittelte Apoptose, an der vorwiegend Caspase-8 und auch Caspase-9 in einer wahrscheinlich zelltypspezifischen Weise beteiligt sind. Es ist an der Aktivierung des mitochondrialen Apoptosewegs beteiligt, fördert die Caspase-8-abhängige proteolytische Reifung von BID unabhängig von FADD in bestimmten Zelltypen und vermittelt auch die mitochondriale Translokation von BAX und aktiviert die BAX-abhängige Apoptose, die an die Aktivierung von Caspase-9, -2 und -3 gekoppelt ist.

ASC ist an der Makrophagen-Pyroptose beteiligt, einer Caspase-1-abhängigen Form des Zelltods, und ist der Hauptbestandteil des ASC-Pyroptosoms, das sich bei Kaliummangel bildet und rasch Caspase-1 rekrutiert und aktiviert.

Bei der angeborenen Immunreaktion fungiert ASC als integraler Adapter beim Aufbau des Inflammasoms, das Caspase-1 aktiviert, was zur Verarbeitung und Sekretion von pro-inflammatorischen Zytokinen führt (Guan Ket al. 2015). Die Funktion als aktivierender Adapter in verschiedenen Arten von Inflammasomen wird durch die Pyrin- und CARD-Domänen und ihre homotypischen Interaktionen vermittelt. Erforderlich für die Rekrutierung von Caspase-1 an Inflammasomen, die bestimmte Mustererkennungsrezeptoren enthalten, wie NLRP2, NLRP3, NLRP6, AIM2 und wahrscheinlich IFI16 (Agostini Let al. 2004; Shen C et al. 2021).

In den NLRP1- und NLRC4-Inflammasomen scheint die Adapterfunktion von ASC nicht erforderlich zu sein, erleichtert aber die Verarbeitung von Procaspase-1.

In Zusammenarbeit mit NOD2 ist ASC an einem durch bakterielles Muramyl-Dipeptid aktiviertes Inflammasom beteiligt. Dieser Prozess führt zur Aktivierung von Caspase-1 führt.

In Assoziation mit AIM2, einem Protein, das zytosolische doppelsträngige DNA erkennt, ist ASC wahrscheinlich auch an einem Caspase-1-unabhängigen Zelltod beteiligt, an dem Caspase-8 beteiligt ist.

In der adaptiven Immunität ist ASC möglicherweise an der Reifung dendritischer Zellen beteiligt, um die T-Zell-Immunität zu stimulieren, und an der Umstrukturierung des Zytoskeletts, die mit der Chemotaxis und der Antigenaufnahme gekoppelt ist, sowie an der posttranskriptionellen Regulierung des Guanin-Nukleotid-Austauschfaktors DOCK2.

Es ist auch an der transkriptionellen Aktivierung von Zytokinen und Chemokinen unabhängig vom Inflammasom beteiligt; diese Funktion kann AP-1, NF-kappa-B, MAPK und Caspase-8-Signalwege betreffen.

Bezüglich der Regulierung von NF-kappa-B wurden aktivierende und hemmende Funktionen berichtet. ASC moduliert die Wirtsresistenz gegen DNA-Virusinfektionen, wahrscheinlich durch Induktion der Spaltung und Inaktivierung von CGAS in Gegenwart von zytoplasmatischer doppelsträngiger DNA (Wang Y et al. 2017).

Zu den mit PYCARD assoziierten Krankheiten gehören:

• das Cinca-Syndrom

und

• das Muckle-Wells-Syndrom.

Zu den assoziierten Signalwegen gehören CLEC7A (Dectin-1) und die Aktivierung des NLRP3-Inflammasoms durch SARS-CoV-2.

Das Helix-Bündel ist eine konservierte Proteinfaltung aus mehreren α-Helices, welche sich parallel oder antiparallel zueinander anordnen. Die hydrophoben Teile der einzelnen α-Helices ordnen sich dabei nach innen gerichtet an und die hydrophilen Teile nach außen, um eine hydrophile Oberfläche zu schaffen. Im Inneren des Bündels können z. B. Kofaktoren gebunden werden. Bekannt ist zum Beispiel das 3-, das 4- und das 6-Helix-Bündel.

1. Agostini Let al. (2004) NALP3 forms an IL-1beta-processing inflammasome with increased activity in Muckle-Wells autoinflammatory disorder. Immunity 20:319-325. 
2. Alfaro E et al. (2022) Upregulated Proteasome Subunits in COVID-19 Patients: A Link with Hypoxemia, Lymphopenia and Inflammation. Biomolecules12: 442. 
3. Guan Ket al. (2015) MAVS Promotes Inflammasome Activation by Targeting ASC for K63-Linked Ubiquitination via the E3 Ligase TRAF3. J Immunol 194: 4880-4890.
4. Shen C et al. (2021) Phase separation drives RNA virus-induced activation of the NLRP6 inflammasome. Cell 184:5759-5774.
5. Wang Y et al. (2017) Inflammasome Activation Triggers Caspase-1-Mediated Cleavage of cGAS to Regulate Responses to DNA Virus Infection. Immunity 46:393-404.