Funktionelle Bedeutung von NOD2 für die Immunantwort des angeborenen Immunsystems und für die T-Zell-Aktivierung in einem murinen Colitis-Modell
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Funktionelle Bedeutung von Mesothelzellen und IL-1α in der Aktivierung des angeborenen Immunsystems im Rahmen steriler Entzündungen und Gewebsnekrose: Nekrotischer Zelltod infolge steriler Gewebstraumata induziert initial eine rasche Antwort des angeborenen Immunsystems. Dieser sterilen Entzündung liegt die Freisetzung sog. „damage associated molecular pattern“ (DAMP) aus nekrotischen Zellen zugrunde, die das Immunsystem aktivieren. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen im Modell einer sterilen Peritonitis demonstrierten, dass Extrakte nekrotischer Zellen in vitro in Makrophagen nur eine geringe, in Mesothelzellen jedoch eine sehr ausgeprägte Zyto- und Chemokinsekretion induzieren. Die Induktion von CXCL1 und IL-6 sowie die Aktivierung von NFkB und MAPKs in vitro war strikt abhängig von IL-1, das durch nekrotische Zellen freigesetzt wurde. In Kongruenz hiermit war die Expression von IL-1R und MyD88, nicht jedoch von IL-1α, RICK, TLR2/4, TRIF oder Inflammasomkomponenten in den Mesothelzellen für die CXCL1 Induktion durch nekrotische Zellen essentiell. Von nekrotischen Zellen freigesetztes IL-1α war in vivo im Modell einer sterilen Peritonitis zudem entscheidend für Rekrutierung neutrophiler Granulozyten über den CXCL1- Rezeptor CXCR2. Insgesamt zeigen unsere Untersuchungen, dass von nekrotischen freigesetztes IL-1α, das als biologisch aktives Molekül in zahlreichen Zellen und Organen wie Makrophagen, Keratinozyten, Leber und Milz vorhanden ist, ein Schlüsselsignal darstellt, das über IL-1R/MyD88 in Mesothelzellen die Sekretion von CXCL1 und die Rekrutierung neutrophiler Granulozyten induziert. Da bekannt ist, dass IL-1α auch in anderen Zelltypen wie Epithelzellen und Fibroblasten die Sekretion von CXCL1 und anderer Zytokine induzieren kann, ist es wahrscheinlich, dass CXCL1 in einer Vielzahl von Zelltypen infolge des von nekrotischen Zellen passiv freigesetzten IL-1α gebildet wird. Mechanismen der Inflammasomaktivierung durch mikrobielle RNA: Die Erkennung diverser mikrobieller Liganden sowie partikulärer Strukturen wie Asbest, Silika oder Uratkristalle durch den Nod-like Rezeptor Nlrp3 (=Nalp3, Cryopyrin) führt zum Zusammenschluss eines zytosolischen Multiproteinkomplexes, des sog. Inflammasoms. Das Inflammasom vermittelt die autokatalytische Aktivierung von Caspase-1, die ihrerseits die proteolytische Spaltung der proinflammatorischen Zytokine pro-IL-1ß und pro-IL-18 in ihre biologisch aktiven Formen vermittelt. Virale Infektionen beispielsweise mit Influenza können eine Aktivierung des Nlrp3- Inflammasoms induzieren, der zumindest teilweise eine Erkennung viraler Nukleinsäuren zugrunde liegt. Die Mechanismen, über die intrazelluläre mikrobielle Nukleinsäuren Caspase-1 aktivieren, sind bisher jedoch nicht bekannt. Wir konnten demonstrieren, dass nur in BMDM transfizierte bakterielle RNA und das dsRNA- Analogon poly(I:C), nicht jedoch CpG-DNA eine Aktivierung des Nlrp3-Inflammasoms induzieren können, die P2X7R-unabhängig ist. Eine Vorstimulation mit LPS verstärkte die Aktivierung von Caspase-1 durch mikrobielle RNA und war für die Sekretion von IL-1α essentiell. Die Inflammasomaktivierung durch zytosolisches poly(I:C) war unabhängig von den TLR-Adaptermolekülen MyD88/Trif sowie unabhängig von MDA5 und PKR. Welcher Rezeptor in die Aktivierung des Nlrp3-Inflammasoms in diesem Modell involviert ist oder ob zytosolische mikrobielle RNA das Nlrp3-Inflammasom direkt aktivieren kann, konnte bisher nicht geklärt werden. Experimente mit pharmakologischen Inhibitoren deuten auf eine Bedeutung von Phagozytose, lysosomaler Destabilisierung mit Freisetzung von Cathepsin B sowie von Reaktiven Oxygen Spezies (ROS) in der Aktivierung von Caspase-1 durch zytosolisches poly(I:C) hin. Inwieweit TXNIP, einem in Abhängigkeit vom Redoxstatus der Zelle mit Nlrp3 interagierenden Protein, eine Rolle in der Inflammasomaktivierung durch zytosolische mikrobielle RNA zukommt, sollte in weiterführenden Experimenten untersucht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2008. Cutting edge: critical role for mesothelial cells in necrosis-induced inflammation through the recognition of IL-1 alpha released from dying cells. J Immunol 181:8194-8198
Eigenbrod, T., J. H. Park, J. Harder, Y. Iwakura, and G. Núñez
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2009. Cutting Edge: TNF-{alpha} Mediates Sensitization to ATP and Silica via the NLRP3 Inflammasome in the Absence of Microbial Stimulation. J Immunol. 183:792-796
Franchi, L., T. Eigenbrod, and G. Núñez
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2009. The inflammasome: a caspase-1-activation platform that regulates immune responses and disease pathogenesis. Nat Immunol 10:241-247
Franchi, L., T. Eigenbrod, R. Muñoz-Planillo, and G. Núñez
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2010. The inflammasomes as microbial sensors. Eur J Immunol 40:611-615
Franchi, L., R. Muñoz-Planillo, T. Reimer, T. Eigenbrod and G. Núñez
