Sensing microbes from inside… L’inflammasome Dr. Luigi Lembo Fazio Dipartimento di Biologia e Biotecnologia “Charles Darwin” Sezione di Scienze Microbiologiche Sapienza-Università di Roma

PRRs intracellulari

La Piroptosi Nell’uomo sono stati identificate circa 34 NLRs È possibile distinguere diverse sottoclassi sulla base dei domini effettori

Lamfanki AND Dixit, Annu Rev Cell Dev Biol., 2012

Inflammasomes: I recettori

Gli Inflammasomes: una panoramica [1] Gli inflammasomes sono complessi molecolari (700 kDa) che riconoscono un ampio spettro di PAMPs e DAMPs. L’assemblaggio di queste piattaforme molecolari avviene in seguito al riconoscimento di specifici segnali/ligandi ad opera dei membri della famiglia delle proteine NLRs/HIN200. Nella sua forma più semplice un inflammasome si compone: - un recettore - proteina adattatrice (ASC) - pro-caspasi-1

MyD88-dipendente Trif-dipendente

ROTTURA DELLE MEMBRANE E INFIAMMAZIONE La Piroptosi Morte cellulare caspasi-1 mediata Presenta caratteristiche in comune con la necrosi e l’apoptosi Maturazione e rilascio di citochine pro-infiammatorie (IL-1b e IL-18) Formazione di pori delle dmensioni di 1-2 nm nella membrana plasmatica (macrofagi piroptotici) Lisi osmotica, rilascio di contenuti intracellulare nel milieu extracellulare Condensazione della cromatina Frammentazione del DNA Maturazione delle caspasi effettrici 3 e 7 ROTTURA DELLE MEMBRANE E INFIAMMAZIONE Processo di morte che avviene anche in assenza della maturazione dell’ IL-1b e IL-18 La frammentazione del DNA e la permeabilizzazione della membrana avviene anche in assenza delle caspasi effettirici.

Apoptosi vs. Piroptosi

Gli Inflammasomes: una panoramica [2] In molti casi, l’assemblaggio degli inflammasomes richiede due segnali: - Priming signal o Signal 1 - Signal 2 Priming Signal Stimolazione dei TLRs o NOD-like receptors che comporta l’up-regolazione dell’espressione dei mediatori infammatori (pro-IL-1b e pro-IL-18) e dei recettori stessi dell’inflammasome.

Lamfanki AND Dixit, Annu Rev Cell Dev Biol., 2012

L’inflammasome Nlrp1b Coinvolto nel riconoscimento di B. antracis Il batterio produce una tossina (LT) che è il principale fattore di virulenza/morte nelle infezioni sistemiche La LT si compone di 2 subunità: un antigene protettivo e una subunità con funzione effettrice Taglio delle MAPK ad opera di LT con conseguente blocco dell’attivazione del pathway p38, ERK, JNK La mancata attivazione di questo pathway determina il rilascio di ATP attraverso canali di membrana (connessine 43) Questo, a sua volta, induce un efflusso di ioni K+, che in seguito al reclutamento di recettori purinergici (P2X7) porta all’attivazione di Nlrp1b

L’inflammasome NLRC4/Ipaf Coinvolto nel riconoscimento di diversi patogeni intracellulari: S. typhimurium, S. flexneri, L. pneumophila, P. aeuroginosa Risponde a due componenti batterici: monomeri di flagellina e componenti proteiche del T3SS (proteine rod) PrgJ forma l’anello periplasmatico del needle complex del T3SS L’inflammasome Nlrc4 discrimina queste due componenti grazie all’intervento di proteine accessorie: Naips (proteine NLRs contenenti i domini BIR)

NLRC4-Inflammasome

L’inflammasome Nalp3 Riconosce un largo spettro di agenti infettivi di natura batterica (S. aureus, S. typhimurium, N. gonhorreae, L. pneumphila), virale (Influenza A, virus della stomatite vescicolare), fungina (A. fumigatus, C. albicans) e parassitaria (S. mansoni) Sensing indiretto dei microrgnismi: monitoraggio dei livelli di DAMPs, prodotti come conseguenza di danno cellulare/tissutale (ATP, cristalli di acido urico, fibrille amiloidi) L’attivazione dell’inflammasome Nalp3 è finemente regolata: in condizioni fisiologiche si riscontrano bassi livelli citosolici del recettore

L’inflammasome NLRP3: Attivazione Segnali di STRESS

L’inflammasome AIM2 Riconosce agenti infettivi di natura batterica (F. tularensis, L. monocytogenes) e virale (citomegalovirus, vaccinia virus) Deputato al sensing del DNA a doppio filamento (dsDNA) Permette il riconoscimento di batteri che si replicano nel citoplasma

AIM2-Inflammasome Broz AND Monack, Immunol Rev, 2011

Broz AND Monack, Immunol Rev, 2011