Induction of Inflammasome-dependent Pyroptosis by Carbon Black Nanoparticles

Post de Diego Moura Santos (LIP-CPqGM/FIOCRUZ)

Desde meados do século XVIII, com o surgimento da Revolução Industrial na Inglaterra, a poluição passou a constituir um problema de saúde pública. A fuligem – carbono negro (CB) – é um dos produtos formados durante a combustão parcial de combustíveis fósseis. Ele é utilizado no processo de vulcanização de borrachas, como também na produção de tintas, toners para impressoras e produtos cosméticos. Nas grandes cidades, a inalação das nanopartículas de CB está diretamente relacionada com problemas respiratórios. A recente expansão da indústria de nanotecnologia, assim como o crescimento contínuo dos poluentes derivados de carbono, torna imperativa a investigação dos efeitos destes materiais na saúde. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi examinar o efeito das nanopartículas de CB (NP-CB) na indução do inflamassoma e piroptose em macrófagos de linhagem e alveolares.

Primeiramente, os autores mostraram que os macrófagos de linhagem tratados com NP-CB apresentaram uma perda da integridade da membrana plasmática, levando a morte celular. Apesar do rompimento de parte da membrana, as células que fagocitaram as NP-CB possuíam um maior volume, sugerindo que a morte destas células é por piroptose. O próximo passo foi avaliar se exposição a NP-CB é capaz de ativar o inflamassoma, o qual possui um papel central na piroptose. Nas células de linhagem tratadas com NP-CB foi detectada a presença de caspase-1 ativa, tanto no lisado total quanto no sobrenadante, o que indica ativação do inflamassoma, pois trabalhos recentes definiram que a liberação de caspase-1 ativa é uma medida válida da atividade do inflamassoma. O mesmo resultado foi encontrado nos macrófagos alveolares de humanos. Para confirmar a ativação da caspase-1, os autores dosaram a produção de IL-1β, e esta estava aumentada nas células primadas com LPS e tratadas com NP-CB. Para provar que a produção de IL-1β nos macrófagos tratados com NP-CB foi devido à ativação da caspase-1, um grupo experimental foi tratado com o inibidor desta caspase, o YVAD. Como demonstrado no trabalho, as células tratadas com LPS+YVAD+ NP de CB apresentaram uma redução na produção da IL-1 β.

A morte celular por apoptose é caracterizada pela ativação das caspases 2, 3, 6, 7, 8, 9 e 10, diminuição do tamanho celular, formação de corpos apoptóticos e inibição da inflamação. Para demonstrar que a morte celular induzida pelo tratamento das células com NP-CB não é via apoptose, os autores analisaram a ativação das caspases 3 e 9; como controle positivo foi utilizado o “Staurosporine” que é um indutor de apoptose. Somente nos macrófagos tratados com o indutor de apoptose foi detectado a ativação das caspases 3 e 9. Diferente de muitas caspases, a ativação da caspase-1 em macrófagos direciona para uma forma de morte celular conhecida como piroptose. Para confirmar que a morte celular induzida pelas NP-CB é via piroptose, foi avaliado o efeito da inibição da caspase-1 por YVAD e da piroptose por glicina em células tratadas com NP-CB. Utilizando o LDH como marcador de integridade de membrana, foi demonstrado que as células expostas as NP-CB na presença de ambos inibidores apresentaram níveis de LDH similares aos controles.

Como conclusão, o trabalho demonstra claramente que as NP-CB induzem a morte celular via piroptose devido o aumento do volume celular – o oposto da condensação celular associada com apoptose; além da ativação do inflamassoma, como caracterizado pela produção de caspase-1 e IL-1β. O bloqueio da ativação da caspase-1 protegeu os macrófagos da morte.

Reisetter AC, Stebounova LV, Baltrusaitis J, Powers L, Gupta A, Grassian VH, & Monick MM (2011). Induction of inflammasome dependent pyroptosis by carbon black nanoparticles. The Journal of biological chemistry PMID: 21525001