Mechanism of Impaired NLRP3 Inflammasome Priming by Monophosphoryl Lipid A

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

Os adjuvantes são alguns dos elementos chaves para o sucesso de uma vacina. Dentre os adjuvantes liberados para uso em humanos, temos o MLA (Monofosforil Lipídeo A) e o Alum. O mecanismo de ação de ambos é muito estudado. O MLA foi inicialmente produzido de forma sintética, através de alterações químicas na estrutura do LPS, o seu precursor. Depois, observou-se que este composto estava presente em bactérias que formam a nossa flora intestinal. Devido a sua menor capacidade de induzir uma resposta inflamatória exacerbada, o MLA é uma vantagem em termos de colonização das mucosas em comparação com o LPS.

Sabe-se que o LPS e o MLA são ligantes do TLR4, entretanto o primeiro induz uma resposta inflamatória mais intensa, enquanto o segundo apresenta um efeito imunoestimulador e é muito menos tóxico que o LPS. Com os estudos recentes, duas explicações para a baixa toxicidade do MLA surgiram: primeiro, o MLA falha na indução da citocina IL-1b, devido a não ativação da caspase-1, a qual é necessária para a maturação desta citocina (1); além disso, o MLA é reconhecido pelo TLR4, mas, diferente do LPS, só induz a sinalização pela via do TRIF, levando somente a indução da resposta imune adaptativa (2). A fraca indução da sinalização pela via do MyD88, responsável pela indução de uma rápida e forte resposta inflamatória, explicaria a baixa toxicidade do MLA (2). Diante do exposto, Embry e colaboradores (3) foram estudar como compostos que se ligam ao mesmo receptor são capazes de desencadear respostas tão divergentes.

Os autores demonstraram que a via de sinalização pelo TRIF se mantém intacta, através da estimulação de células com o MLA, enquanto a via de sinalização pelo MyD88 é fracamente induzida. Desta forma, células dendríticas estimuladas com MLA produzem praticamente a mesma quantidade de pró-IL-1b comparado com as células estimuladas com Lipídeo A (região do LPS responsável pela toxicidade). Entretanto, devido a falha na indução da sinalização pelo MyD88, nestas células estimuladas com MLA, ocorre uma fraca síntese do NLRP3, o principal orquestrante do inflamassoma, pois através do NLRP3 ocorre a clivagem da pró-caspase-1 na sua forma bioativa.

Em conjunto com outros trabalhos (1, 2), os achados de Embry e colaboradores (3) ajudam a compreender porque é seguro utilizar o MLA como um adjuvante.

1. Okemoto K, Kawasaki K, Hanada K, Miura M, Nishijima M. 2006. A potent adjuvant monophosphoryl lipid A triggers various immune responses, but not secretion of IL-1beta or activation of caspase-1. J Immunol 176: 1203-8

2. Mata-Haro V, Cekic C, Martin M, Chilton PM, Casella CR, Mitchell TC. 2007. The vaccine adjuvant monophosphoryl lipid A as a TRIF-biased agonist of TLR4. Science 316: 1628-32

3. Embry CA, Franchi L, Nuñez G, & Mitchell TC (2011). Mechanism of impaired NLRP3 inflammasome priming by monophosphoryl lipid A. Science signaling, 4 (171) PMID: 21540455

Reactive Oxygen Species Inhibitors Block Priming, but Not Activation, of the NLRP3 Inflammasome

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

A ativação do inflamassoma, com a produção da IL-1b e IL-18, tem um papel importante na imunidade antimicrobiana e nas condições estéreis de inflamação. Sabe-se que para a ativação desta plataforma multimérica de proteínas são necessárias duas etapas: o reconhecimento de PAMPs pelas células hospedeiras, para induzir a transcrição da pró-IL-1b e pró-IL-18, e a ativação do inflamassoma por sinais de perigo, resultando na ativação da caspase-1 e clivagem das pró-citocinas nas suas formas bioativas. A ativação do inflamassoma também induz um tipo de morte celular classificado como piroptose, como discutido em outro post (Induction of Inflammasome-dependent Pyroptosis by Carbon Black Nanoparticles) . Várias proteínas já foram descritas como iniciadoras da formação do complexo inflamassoma: NLRP1, NLRP3, NLRC4 e AIM-2. Até o momento, apenas a proteína AIM-2 foi descrita por reconhecer diretamente o seu ligante, o DNA de fita dupla. O NLRP3 inflamassoma, além de ser a via mais estudada, é a que chama mais atenção dos pesquisadores devido à sua capacidade de reconhecer vários estímulos de diferentes origens, tais como o ATP, o RNA bacteriano, cristais de ácido úrico, asbestos, sílica, alum entre outros.

É controverso na literatura o papel do ROS (espécies reativas de oxigênio) na ativação ou não do NLRP3. O trabalho de Bauernfeind e colaboradores vem reforçar aqueles que acreditam que o ROS não é capaz de levar a ativação do NLRP3. Os autores demonstraram que apenas o NLRP3 inflamassoma requer um “priming” por um sinal pró-inflamatório. Para isto, macrófagos foram estimulados com LPS/Nigericina (ativador do NLRP3), Poly(dA:dT) (ativador do AIM2), flagelina (ativador do NLRC4) e tratados ou não com cicloheximida (inibidor de síntese protéica). Depois, os sobrenadantes foram monitorados para ativação da caspase-1. Como resultado, a ativação do NLRP3 inflamassoma foi dependente da presença do LPS, e o tratamento com cicloheximida inibiu a ativação, devido à diminuição da síntese do NLRP3. Por outro lado, a ativação do AIM2 ou NLRC4 foi independente do “priming” com LPS. Eles também demonstraram que os macrófagos que constitutivamente expressavam NLRP3 em níveis parecidos com os macrófagos estimulados com LPS não necessitavam do “priming” com LPS, e o tratamento com cicloheximida não inibiu a ativação do NLRP3 nestas células. O tratamento de macrófagos com um inibidor de ROS levou a uma diminuição dose-dependente da expressão de NLRP3 RNAm, e este tratamento com o inibidor só apresentou efeito se adicionado antes do “priming” com LPS.

Em suma, o trabalho indica que a inibição do ROS bloqueia a ativação do NLRP3 inflamassoma na etapa do “priming”, a qual é necessária para induzir a expressão de NLRP3, enquanto ativação direta do NLRP3 não é afetada. Diferente das outras vias do inflamassoma, a ativação da via do NLRP3 requer um estímulo inicial que induza à expressão desta molécula, pois esta é produzida em baixos níveis nos macrófagos não estimulados.

Bauernfeind F, Bartok E, Rieger A, Franchi L, Núñez G, Hornung V. (2011). Cutting Edge: Reactive Oxygen Species Inhibitors Block Priming, but Not Activation, of the NLRP3 Inflammasome. The Journal of Immunology

Bauernfeind F, Bartok E, Rieger A, Franchi L, Núñez G, & Hornung V (2011). Cutting Edge: Reactive Oxygen Species Inhibitors Block Priming, but Not Activation, of the NLRP3 Inflammasome. Journal of immunology (Baltimore, Md. : 1950), 187 (2), 613-7 PMID: 21677136

SBI 2010 by Claire Santos

Post de Claire Santos

The XXXV Congress of the Brazilian Society for Immunology (Imuno2010 or ImunoTchê) was performed in Porto Alegre, from November 3^th to 6^th, 2010. The meeting´s program contemplated thematic sessions, oral presentations and poster sessions, and had a special attention to viral immunity. 

The most interesting conferences, for me, were:

1-Philippa Marrack from National Jewish Health, Denver,USA. She made the opening conference and talked about Sex and B cell. For her, the autoimmunity is controlled both by the environment and by genetic factors. She showed that the gender plays a profound role in the incidence of autoimmune diseases. 

2- Dario Zamboni from USP, Brazil participated in the session on “Immunity against intracellular bacteria” and talked about Inflammasome Activation in Response to Bacterial Infection. He described a novel pathway for iNOS activation dependent on caspase-1, which cooperate for the control of infection.

3-Sergio Lira from Mont Sinai, USA. He presented a conference about Viruses, inflammation and cancer. In this conference he showed that CMV infection leads to expression of US28, a constitutively active chemokine receptor, which has the ability to induce the development of cancer in transgenic mice.

In brief, the meeting had excellent scientific sessions and I had the opportunity to present, in oral presentation, my work Evaluation of CD8⁺ T cells in Localized Cutaneous Leishmaniasis patients, and I received good comments.