Agora é a vez da IL-1alfa!

As citocinas IL-1a e IL-1b apresentam muitos pontos em comum: 1) são sintetizadas no citoplasma e secretadas por uma via não convencional, por um mecanismo citoplasmático independente do Complexo de Golgi e Retículo Endoplasmático; 2) são liberadas simultaneamente por diversos estímulos e 3) agem no mesmo receptor IL-1R1. Desta forma foi proposto que estas citocinas compartilhavam essencialmente as mesmas funções biológicas. Entretanto, nas diferenças entre elas residem questões intrigantes e que vêm despertando cada mais a atenção dos pesquisadores da área. A citocina IL-1b é produzida no citosol celular na forma de um precursor inativo e só se torna uma citocina madura após clivagem pela caspase-1 ativa no interior da estrutura dos inflamassomas. Neste contexto, a caspase-1 é a responsável não só pela clivagem, mas também pela liberação da citocina IL-1b ativa, por mecanismos ainda controversos, que parecem incluir a formação de poros na membrana plasmática. Em contrapartida, a IL-1a não é um substrato da caspase-1 e não necessita ser clivada para se ligar ao receptor IL-1R1 e exercer suas funções. Apesar disso, um possível envolvimento dos inflamassomas e caspase-1 na secreção de IL-1a havia sido sugerido pelo grupo do Flavell (1), porém os mecanismos envolvidos permaneciam desconhecidos.

            Com o objetivo de elucidar os desencadeadores e os mecanismos que levam à produção e secreção de IL-1a, o mais recente trabalho de Jurg Tschopp e col. investigou a produção desta citocina por uma ampla gama de ativadores dos inflamassomas. Eles observaram que ativadores de diferentes inflamassomas induzem simultaneamente liberação de IL-1a e IL-1b in vitro e in vivo. A IL-1a foi tão ou mais importante do que a IL-1b para induzir produção de IL-6 e recrutamento de neutrófilos durante modelo de peritonite induzida por cristais de urato (MSU), deixando claro um papel crucial da IL-1a como molécula efetora in vivo, em um contexto de ativação do inflamassoma NLRP3. Ainda, foi demonstrado que a liberação de IL-1a ocorre ativamente, uma vez que este fenômeno precede a morte celular induzida por estes estímulos.

            Apesar de ambas as formas clivada e não clivada da IL-1a apresentarem atividade biológica, a maioria dos ativadores de NLRP3 induziu a secreção da forma clivada, enquanto o ATP promoveu liberação somente da forma não clivada. Interessante, os autores demonstraram um requerimento diferencial para os componentes dos inflamassomas na secreção da citocina IL-1a. Para a maioria dos ativadores solúveis de NLRP3 investigados, dentre eles ATP e a toxina nigericina, a liberação de IL-1a foi depende de NLRP3, ASC e caspase-1. Ainda, a habilidade da caspase-1 em controlar a secreção de IL-1a, que não é seu substrato, ocorre de maneira independente da sua atividade de protease. Em contrapartida, algumas partículas ou cristais ativadores de NLRP3, como a sílica e o MSU induziram processamento e secreção de IL-1a de maneira independente do inflamassoma, porém, dependente de fagocitose, maturação lisossomal e da atividade das catepsinas lisossomais. Para esses estímulos que induzem IL-1a independente de caspase-1 parece haver o envolvimento de uma cisteíno protease não lisossomal e dependente de Ca++ intracelular da família das calpaínas, capaz de clivar a pro-IL-1a. De acordo com isso, os autores demonstraram que a simples abertura de canais de Ca++ por ionomicina, ativadores de canais de cálcio endógenos ou simplesmente uma condição celular hipotônica, foram suficientes para induzir clivagem e secreção de IL-1a independente dos inflamassomas.

            Desta forma, este trabalho contribuiu enormemente para o melhor entendimento da regulação da secreção da citocina IL-1a frente a diferentes estímulos, bem como o envolvimento dos inflamassomas neste processo, que até então era ainda bastante obscuro. Além disso, a demonstração do papel efetor da citocina IL-1a in vivo, em um contexto que durante muito tempo foi atribuído somente à citocina IL-1b, permitirá a abertura de novos caminhos na pesquisa de diversas patologias onde o receptor IL-1R1 tem papel, focando agora também neste outrora esquecido integrante da superfamília da IL-1.

Referencias Bibliográficas:

1. Sutterwala, F S, Ogura, Y, Szczepanik, M, Lara-Tejero, M, Lichtenberger, G S, Grant, E P, Bertin, J, Coyle, A J, Galan, J E, Askenase, P W & Flavell, R A 2006 Critical role for NALP3/CIAS1/Cryopyrin in innate and adaptive immunity through its regulation of caspase-1. Immunity 24 317-27.

Post de Silvia Lage

Doutoranda do Centro de Terapia Celular e Molecular – CTCMol

Universidade Federal de São Paulo

Inflamassomo é alvo terapêutico para a doença de Alzheimer

A doença de Alzheimer é uma desordem neurodegenerativa caracterizada por um processo progressivo de morte celular neuronal e pelo desenvolvimento de demência. Um evento importante na progressão desta doença é o acúmulo da proteína b-amilóide (Ab). A proteína Ab é clivada a partir da proteína precursora amilóide (APP) e fica depositada em placas no ambiente extracelular. A microglia é ativada pela proteína Ab e produz moléculas com efeitos neurotóxicos como TNF e iNOS. Recentemente dois trabalhos demonstraram a importância de receptores da imunidade inata na ativação da microglia pela proteína Ab. Em 2008, o grupo do Dr. Douglas Golenbock mostrou que a proteína Ab é capaz de ativar o inflamassomo NLRP3 em células de microglia e que esta via é essencial para a produção de moléculas próinflamatórias, quimiotáticas e neurotóxicas (Halle, 2008). No ano seguinte foi a vez do grupo da Dr. Kathryn Moore demonstrar o envolvimento do complexo de sinalização CD36-TLR4-TLR6 na indução dos efeitos deletérios da proteína Ab (Stewart, 2009). É interessante observar que a sinalização mediada pelo complexo CD36-TLR4-TLR6 prima as células para a ativação do inflamassomo uma vez que é essencial para a expressão de pró-IL-1b.

Na última semana, em uma palestra na Fiocruz-RJ, o Dr. Golenbock apresentou resultados in vivo que sugerem o envolvimento do inflamassomo NLRP3 no desenvolvimento da doença de Alzheimer. Para isso, camundongos transgênicos APP/PS1+NLRP3-/- foram gerados. Os camundongos transgênicos APP/PS1 transportam uma APP quimérica camundongo/humano e a presenilina-1 humana mutada e apresentam grande quantidade de proteína Ab depositada em várias regiões do cérebro a partir de 4 meses de vida. Os resultados demonstraram que animais APP/PS1+NLRP3-/- tiveram um melhor desempenho em um teste de cognição (Morris water maze) quando comparados com animais APP/PS1. Além disso, células no cérebro de animais APP/PS1+NLRP3-/- fagocitam mais do que as células dos animais APP/PS1. Embora não saiba porque, o Dr. Golenbock acredita que este evento, aliado a uma maior metabolização das proteínas Ab, seja importante para o fenótipo observado nos animais APP/PS1+NLRP3-/-, uma vez que o acúmulo dessas proteínas no ambiente extracelular possui efeitos deletérios. Além disso, amostras de cérebros de pacientes com Alzheimer mostraram uma alta ativação de caspase-1 comparado com amostras de pessoas sem a doença. O Dr. Golenbock sugere que a utilização de drogas como o Anakinra, um antagonista da IL-1b, que agem em proteínas da via do inflamassomo poderiam ser utilizadas em protocolos alternativos para tratar a doença de Alzheimer. No entanto, embora a IL-1b seja um importante mediador do processo inflamatório nesta doença, Shaftel e colaboradores mostraram que a inflamação promovida pela superexpressão de IL-1b em animais APP/PS1 melhora a patologia em torno das placas amilóides (Shaftel, 2007). Os autores sugerem que esse fenótipo se deve a maior fagocitose das proteínas amilóides por células da microglia ativadas com IL-1b.

Mas será que tudo tem a ver com IL-1b? Os dois trabalhos fazem menção a fagocitose como processo essencial dos fenótipos encontrados. Lembro aos leitores que a IL-1b e a IL-18 não parecem ser os únicos substratos da caspase-1. Foi mostrado, por exemplo, que proteínas da via glicolítica podem ser clivadas pela caspase-1 (Shao, 2007). Além disso, a caspase-1 está envolvida com a exportação de diversas proteínas pela via não-convencional de secreção, ou seja, independente da via RE/Golgi (Keller, 2007). Com cereteza, ainda vamos nos deparar com funções da caspase-1 associadas com vias metabólicas, sobrevivência celular e reparo tecidual.

Então ficam as perguntas: Será que o tratamento com Anakinra, um antagonista da IL-1b, é capaz de reduzir a progressão desta doença? Como explicar o efeito benéfico do processo inflamatório promovido pela IL-1b em animais APP/PS1? Será que a regulação de vias metabólicas pelo inflamassomo contribuem para o fenótipo descrito nos animais APP/PS1+NLRP3-/-? Qual a relação entre a ativação do NLRP3 e a fagocitose?

Esse post foi escrito por Fabianno F. Dutra, pós-doc no Laboratório de Inflamação e Imunidade/Instituto de Microbiologia/UFRJ

Referências

Halle, A. et al. The NALP3 inflammasome is involved in the innate immune response to amyloid-β. Nat. Immunol., 2008.

Stewart, C.R. et al. CD36 ligands promote sterile inflammation through assembly of a Toll-like receptor 4 and 6 heterodimer. Nat. Immunol., 2009.

Shaftel, S.S. et al. Sustained hippocampal IL-1β overexpression mediates chronic neuroinflammation and ameliorates Alzheimer plaque pathology. J. Clin. Invest., 2007.

Shao, W. et al. The Caspase-1 Digestome Identifies the Glycolysis Pathway as a Target during Infection and Septic Shock. J. Biol. Chem., 2007.

Keller, M. et al. Active Caspase-1 Is a Regulator of Unconventional Protein Secretion. Cell, 2007.

Desvendando os segredos do adjuvante de vacinas Alum: mecanismos dependentes e independentes da ativação do inflamasoma NLRP3

Desde a primeira vacinação contra Varíola em 1789, se sabe que a eficiência das vacinas depende da presença de bons adjuvantes. A maior parte das vacinas modernas consiste de antígenos purificados em combinação com adjuvantes exógenos. A escolha do adjuvante irá influenciar fortemente o tipo de resposta imune adaptativa subseqüente a vacinação.

Um dos adjuvantes de vacina mais conhecido é o Alum (ou sais de Alumínio). Embora a descoberta de que o Alum é um potente e importante adjuvante de vacinas em 1926, os mecanismos envolvidos na resposta imunológica induzida pelo Alum ainda são questões de intenso debate e investigação nos dias de hoje.

A descoberta de que o inflamasoma NLPR3 detecta substâncias particuladas incluindo cristais de urato monossódico (MSU), asbestos, cristais de colesterol, sílica, bem como o Alum, sugeriu um mecanismo plausível para seus efeitos adjuvantes. A captação de substâncias particuladas leva a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) e pode induzir dano lisossomal. NLRP3 quando ativado recruta a molécula adaptadora ASC, a qual se liga a procaspase-1, ativando-a. Caspase-1 ativa cataliza a clivagem da pro-IL-1b na sua forma biologicamente ativa, a citocina IL-1b. Não há dúvidas sob importante papel do inflamasoma NLRP3 para a secreção da citocina pró-inflamatória IL-1b. Contudo, os resultados são controversos quando se trata do papel do NLRP3 na adjuvanticidade do Alum e na indução da imunidade do tipo 2.

Diversos estudos demonstraram que NLRP3, ASC e caspase-1 são essenciais para efeito adjuvante do Alum, enquanto outros estudos não observaram esse papel. Em artigo publicado na Nature em 2008, o grupo do Dr. Richard Flavell (Yale University School of Medicine) demonstrou que o adjuvante Alum ativa o inflamasoma NALP3, induz produção das citocinas pro-inflamatórias IL-1b e IL-18 por macrófagos em resposta ao Alum in vitro, requerendo sinalização via o inflamasoma NALP3 intacto. No mesmo ano, Franchi & Nunez (2008) demonstraram que o inflamasoma NLRP3 é crítico para a secreção de IL-1b induzida pelo Alum, mas é dispensável para a sua atividade adjuvante. E a controvérsia não para por aí. Há 2 semanas atrás a revista Immunity publicou no seu volume 34 alguns interessantes artigos sobre o papel controverso do inflamasoma NALP3 na atividade adjuvante do Alum. Kuroda e colaboradores (2011) conduziram um estudo que identificou que cristais de sílica e sais de Alumínio regulam a produção de prostaglandina em macrófagos de maneira independente da ativação do inflamasoma NALP3.

O trabalho de Kuroda et al. (2011) juntamente com o de Kool et al. (2011) forneceram evidências para um melhor entendimento sobre a imunidade induzida por substâncias particuladas. De acordo com esses autores, substâncias particuladas, como o Alum, não somente ativam o inflamasoma NLRP3 para induzir secreção de IL-1b, mas também estimula a imunidade inata de maneira independente de NLRP3.

Um modelo de sinalização mais atualizado foi então proposto. De acordo com o novo modelo, as substâncias particuladas como Alum e os cristais de urato monossódico (MSU) induzem dano lisossomal, processo que inicia duas vias de sinalização separadas. A primeira é ativação do inflamasoma NLRP3 em decorrência da liberação de catepsinas B no citoplasma, e produção da forma bioativa da IL-1b através da clivagem da pro-IL-1b pela atividade catalítica da caspase-1. A segunda é através da ativação de Syk, o qual ativa a fosfolipase A2 citosólica (cPLA2), provavelmente via a MAP-kinase p38, resultando na liberação de ácido aracdônico dos lipídeos de membrana. A ciclooxigenase-2 (COX-2) e a PGE sintase associada à membrana (mPGES-1) convertem então o ácido aracdônico em prostaglandina E2, de maneira independente da ativação do inflamasoma NALP3.

Fonte: Pelka & Latz. Getting closer to the dirty little secret. Immunity 2001

Ainda temos muito a entender sobre os precisos mecanismos moleculares envolvidos na atividade adjuvante do Alum. Novas descobertas a respeito da dualidade do papel do inflamasoma NALP3 na atividade adjuvante do Alum irão auxiliar no desenho de vacinas mais eficazes.

Aqui vão algumas dicas de ótimos artigos sobre o tema:

Eisenbarth SC, Colegio OR, O'Connor W, Sutterwala FS, Flavell RA.Crucial role for the Nalp3. Inflammasome in the immunostimulatory properties of aluminium adjuvants. Nature 2008 19;453:1122-6.

Franchi L, Núñez G. The Nlrp3 inflammasome is critical for aluminium hydroxide-mediated IL-1beta secretion but dispensable for adjuvant activity. Eur J Immunol. 2008 38(8):2085-9.

Kuroda E, Ishii KJ, Uematsu S, Ohata K, Coban C, Akira S, Aritake K, Urade Y, Morimoto Y. Silica crystals and aluminum salts regulate the production of prostagladin in macrophages via NALP3 inflammasome-independent mechanisms. Immunity. 2011 22;34(4):514-26.

Kool M, Pétrilli V, De Smedt T, Rolaz A, Hammad H, van Nimwegen M, Bergen IM, Castillo R, Lambrecht BN, Tschopp J. Cutting edge: alum adjuvant stimulates inflammatory dendritic cells through activation of the NALP3 inflammsome. J Immunol. 2008 15;181(6):3755-9.

Kool, M., Willart, M.A.M., van Nimwegen, M., Bergen, I., Pouliot, P., Virchow, J.C., Rogers, N., Osorio, F., Reis e Souza, C., Hammad, H., and Lambrecht, B.N. Immunity 2011 34: 527–540.

Pelka K, Latz E. Getting closer to the dirty little secret. Immunity. 2011 Apr 22;34(4):455-8.

Kool, M., Willart, M.A.M., van Nimwegen, M., Bergen, I., Pouliot, P., Virchow, J.C., Rogers, N., Osorio, F., Reis e Souza, C., Hammad, H., and Lambrecht, B.N. Immunity 2011 34: 527–540.

Pelka K, Latz E. Getting closer to the dirty little secret. Immunity. 2011 Apr 22;34(4):455-8.