Capítulo 1: El papel de los inflamasomas en la glomerulonefritis

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Resumen: Losinflamasomaes un complejo inmunitario multiproteico que activa la pro-caspasa 1 en respuesta a estímulos inductores de inflamación y conduce a la producción de citocinas proinflamatorias IL-1 e IL-18. Los inflamasomas NLRP1 y NLRP3 son los mejor caracterizados y se han relacionado con varias enfermedades autoinmunes. Es bien sabido que el riñón expresa genes inflamasomas, que pueden influir en el desarrollo de algunosglomerulonefritis, tales como nefritis lúpica, glomerulonefritis ANCA, nefropatía IgA y nefropatía anti-GBM. También se ha descrito que los polimorfismos de estos genes desempeñan un papel en la autoinmunidad yenfermedades renales. En esta revisión describimos las principales características, mecanismos de activación, regulación y funciones de los diferentes inflamasomas. Además, discutimos los últimos hallazgos sobre el papel del inflamasoma en varias glomerulonefritas desde tres puntos de vista diferentes: estudios in vitro, en animales y en humanos.

Palabras clave: inflamasoma; NLRP3; glomerulonefritis; inmunidad innata

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1. El inflamasoma

El sistema inmunitario se compone de dos brazos, la inmunidad innata y la adaptativa, que son responsables de la inmunidad tanto inmediata como a largo plazo frente a antígenos derivados de patógenos y no patógenos. La inmunidad innata detecta infecciones, cambios en la homeostasis celular y daño tisular, generando posteriormenteinflamación, reparación de tejidos y restauración del equilibrio homeostático. Estos efectos son promovidos por el reconocimiento de patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) y patrones moleculares asociados a daños (DAMP). Los PAMP y los DAMP se unen a los receptores de reconocimiento de patrones, que incluyen los receptores tipo Toll (TLR), los receptores tipo NOD citoplásmicos (NLR) y están ausentes en los receptores tipo 2-del melanoma (AIM2). Estudios previos han demostrado el papel de varios miembros de la familia NLR en la formación de inflamasomas, complejos multiproteicos capaces de reconocer estímulos inductores de inflamación. Estos complejos activan la pro-caspasa-1, que es responsable de la escisión de múltiples sustratos, principalmente las citocinas proinflamatorias IL-1 e IL-18. La liberación de estas citocinas por parte del inflamasoma también puede llevarse a cabo a través de una forma inflamatoria de muerte celular programada denominada piroptosis [4]. Por lo tanto, la activación del inflamasoma desarrolla una actividad de inmunidad innata en respuesta a la infección del tejido. El estímulo no infeccioso también puede activar el inflamasoma. Aunque los inflamasomas pueden ser activados por muchos miembros de la familia NLR, esta revisión se centrará principalmente en el inflamasoma NLRP3 y NLRP1, NLRC4 y las proteínas ausentes en el melanoma 2 (AIM2) (Figura la), también importantes en muchosenfermedades inmunes. Además, se revisará el papel de estos complejos en diferentes glomerulonefritis.

Figura 1. Estructura del inflamasoma y mecanismo de activación. (a) Representación esquemática del ensamblaje del inflamasoma NLRP3 y confirmación detallada del andamio NLRP3, la proteína tipo mota de apoptosis adaptadora (ASC) y el efector procaspasa-1. (b) Estructura de NLRP1, NLRP3, NLRC4 y AIM2 que participar en la formación de los principales inflamasomas. Los miembros de la familia NLR (NLRP1, NLRP3, NLRC4) contienen repeticiones ricas en leucina (LRR) y un dominio central de unión a nucleótidos (NBD). El dominio PYD N-terminal está presente en los miembros de la subfamilia NLRP, mientras que NLRC4 presenta un dominio CARD. NLRP1 también contiene una extensión C-terminal que contiene un dominio de función para encontrar (FIIND) y un dominio CARD. AIM2 está compuesto por un dominio PYD N-terminal y un dominio HIN (localización hematopoyética, inducible por interferón y nuclear) C-terminal. ( c ) Vías de activación de NLRP3 y funciones efectoras. El ensamblaje del inflamasoma NLRP3 se puede desencadenar de varias maneras: detección de PAMP y DAMP a través de PRR, estimulación de citoquinas a través del receptor IL-1 (IL-1R) o a través del enlace TNF a los receptores del factor de necrosis tumoral (TNF) TNFR1 y TNFR2. Estos elementos desencadenan la transcripción de NF-kB, que promueve la transcripción de los genes NLRP3 e IL1B; esta es la primera señal o cebado. La segunda señal o activación puede ser producida por flujo iónico, salida de K, entrada de Ca2 más, entrada de Nat y salida de Cl, especies reactivas de oxígeno (ROS) y disfunción mitocondrial o daño lisosomal. El ensamblaje del inflamasoma NLRP3 provoca la maduración proteolítica de las citocinas IL-1 e IL-18, que también participan en el desarrollo de autoinmunidad y piroptosis por acción de la gasdermina-D. Respuesta primaria de diferenciación mieloide de proteína 88, MyD88; quinasa reguladora de la señal de apoptosis, ASK; cinasas cinasa asociada al receptor de interleucina 1, IRAK; caspasa-8, CASP8; proteína asociada a Fas con dominio de muerte, FADD; purinoceptor 7 P2X, P2X7R; receptor potencial transitorio de melastatina, TRPM; receptor de potencial transitorio vaniloide, TRPV. La figura 1 ha sido creada con BioRender.com.

2. Inflamasomas de la familia NLR

La familia NLR comprende 23 genes humanos. Los miembros de esta familia muestran elementos estructurales comunes: serie C-terminal de repeticiones ricas en leucina (LRR) y dominios de unión a nucleótidos centrales (NBD), un componente del dominio NACHT más grande. Además, los miembros de la familia NLR se pueden dividir en diferentes subfamilias según su dominio efector N-terminal: dominio de reclutamiento y activación de caspasa (CARD), inhibidor de la repetición de la proteína de apoptosis de baculovirus (BIR) o dominio de pirina (PYD). Las subfamilias NLRP y NLRC son las más importantes, siendo la primera la subfamilia de NLR mejor caracterizada. Los miembros de la subfamilia NLRP tienen dominios PYD en su terminal N, mientras que las proteínas NLRC tienen uno o más dominios CARD [8-10]. Los miembros de la familia NLR NLRP1, NLRP3 y NLRC4 han sido los mejor estudiados en la formación de inflamasomas.

2.1.Subfamilia NLRP

La subfamilia NLRP está compuesta por 14 miembros en el genoma humano, más 3 parálogos en ratones siendo NLRP1(NALP1/CARD7) el primero en ser descrito en la formación de inflamasomas. Su estructura consta de un PYD N-terminal seguido de un dominio NACHT y LRR. A esto también contribuye una extensión C-terminal que contiene un dominio de función para encontrar (FIIND), que autoprocesa NLRP1 en dos cadenas polipeptídicas, y un dominio CARD, que conduce a la activación de caspasa-1 y la consiguiente pro - Liberación de citocinas inflamatorias. Se ha informado que las mutaciones de NLRP1 pueden desempeñar un papel en enfermedades inflamatorias como la psoriasis [15], la artritis reumatoide (AR) [16] o el lupus eritematoso sistémico (LES).

El inflamasoma NLRP3 (Cryopyrin/Nalp3/Cias1/Pypaf1) es el más ampliamente estudiado y es el único miembro conocido que se activa por numerosas señales inflamatorias patógenas y estériles. Además, NLRP3 desempeña un papel en la regulación de la producción de IL-1 en los macrófagos [18,19]. NLRP3 se compone del andamio NLRP3, una proteína tipo mota de apoptosis adaptadora (ASC) y el efector procaspasa-1. Interactúa con ASC a través de interacciones homotípicas PYD-PYD para promover la formación del inflamasoma reclutando y activando procaspasa-1 para generar caspasa activa-1(Figura lb). Esta proteína efectora conduce a la conversión de los precursores de citocinas pro-IL-1 y pro-IL-18 en IL-1 e IL-18 maduras y biológicamente activas. La principal atención prestada al inflamasoma NLRP3 se ha debido especialmente a su implicación en la patogenia de varias enfermedades inflamatorias humanas, en particular los síndromes periódicos asociados a la criopirina (CAPS)[21]. Centrándose en su papel crítico en la regulación de la inflamación, el inflamasoma NLRP3 podría ser de gran importancia para las terapias dirigidas a la inflamación.

2.2. Subfamilia IPAF-NAIP

Su elemento mejor estudiado, NLRC4(IPAF/CARD12), se caracterizó previamente como un factor activador de la proteasa ICE (IPAF) en cuanto a su capacidad para activar la caspasa-1. Sin embargo, estudios posteriores ubicaron claramente su estructura de dominio en la familia NLR, y como poseía un dominio CARD, pasó a llamarse NLRC4. El dominio CARD le permite unirse directamente a la CARD de caspasa-1 sin la participación de ASC [24]. Sin embargo, NLRC4 puede unirse a ASC y activar de manera eficiente la caspasa-1, así como la caspasa-8 y la caspasa apoptótica.

NLRC5 es un inflamasoma menos conocido que vincula las respuestas inmunitarias innatas y adaptativas mediante la regulación de la expresión de clase I del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC). Se expresa en macrófagos, células dendríticas, células T, células B y fibroblastos [27]. Además, una interacción observada con el inflamasoma NLRP3 parecía tener un efecto sinérgico en la escisión de IL-1, por lo que puede modular positivamente la activación del inflamasoma NLRP3 [28]. Por lo tanto, NLRC5 podría formar un inflamasoma funcional, pero se necesitan más estudios para conocer con mayor precisión su función fisiológica.

Además, NOD1 es el miembro fundador de la familia NLR y, junto con NOD2, fueron los primeros NLR identificados como sensores para PAMP [29]. Los receptores NOD1 (NLRC1) y NOD2 (NLRC2) pueden activar NF-kB y conducir a la producción de citoquinas inflamatorias. Sin embargo, no se ha descrito que formen un complejo inflamasoma.

3. Inflamasomas de la familia no NLR

Recientemente, se han descrito ampliamente otros inflamasomas que no pertenecen a la familia NLR, como las proteínas ausentes en el melanoma 2 (AIM2) y los inflamasomas de pirina. AIM2 se describió como un sensor capaz de desencadenar la activación del inflamasoma, la piroptosis y la liberación de IL-1 e IL-18 en respuesta a la detección de ADN de doble cadena (dsDNA) administrado intracelularmente [31]. AIM2 es un miembro de la familia de proteínas ALR, compuesta por un dominio PYD N-terminal y un dominio HIN (localización hematopoyética, inducible por interferón y nuclear) C-terminal. Además, regula negativamente la inflamación y las respuestas de interferón tipo I (IFN) independientemente de su función del inflamasoma [33]. Diferentes estudios han aclarado un vínculo entre el aumento de la expresión de AIM2 y varias enfermedades humanas, como la aterosclerosis, la enfermedad de la piel y la enfermedad renal crónica.

4. Mecanismos de activación del inflamasoma NLRP3

El inflamasoma puede entenderse como un elemento de dos caras y regula la infección por patógenos, pero cuando la respuesta inmune desencadenada no está estrictamente regulada, puede estar involucrado en patologías como CAPS y trastornos autoinflamatorios [21]. Los inflamasomas pueden reconocer una amplia variedad de estímulos endógenos o exógenos, estériles o infecciosos dentro de la célula (PAMP y DAMP), que desencadenan su ensamblaje y activación. Este proceso puede explicarse considerando los sensores aguas arriba que reconocen las señales de activación, los adaptadores y los efectores aguas abajo]35. La inviabilidad de la interacción directa entre NLRP3 y esta diversidad de estímulos condujo a un evento celular que produjo un cambio conformacional en NLRP3, convirtiéndolo en una forma activa. Sin embargo, no existe un mecanismo único para la activación del inflamasoma NLRP3 36]. La activación de NLRP3 puede desencadenarse mediante la detección de PAMP y DAMP a través de PRR, como TLR y NLR, mediante la estimulación de citoquinas a través del receptor IL-1 (IL-1R) o a través del enlace de TNF al factor de necrosis tumoral (TNF )receptores TNFR1 y TNFR2 [37]. Además, existen mediadores que facilitan la transducción de señales de estos receptores: la proteína adaptadora respuesta primaria de diferenciación mieloide 88 (MyD88), la quinasa reguladora de la señal de apoptosis (ASK) 1 y ASK2, la quinasa asociada al receptor de interleucina 1 (IRAK) 1 e IRAK4, caspasa-8(CASP8), proteína asociada a Fas con dominio de muerte (FADD), proteína de unión a ubiquitina SHARPIN y proteína que interactúa con TRAF con dominio asociado a cabeza de horquilla (TIFA). Todos estos elementos desencadenan la transcripción de NF-kB, que promueve la transcripción de los genes NLRP3 e IL1B, habilitando a la célula para responder a los activadores de NLRP3.

La activación del inflamasoma NLRP3 en los macrófagos es un proceso de dos pasos, por lo que requiere una señal de cebado. En el proceso de cebado, un estímulo no activador provoca la expresión transcripcional de los principales componentes del inflamasoma, siendo este el primer golpe'. El segundo estímulo o "segundo golpe" agrava la actividad funcional del inflamasoma NLRP3 [39]. La activación del inflamasoma NLRP3 puede ser producida por diferentes estímulos, incluyendo flujo iónico, K más salida, Ca2 más entrada, Na más entrada y salida de Cl, especies reactivas de oxígeno (ROS) y disfunción mitocondrial o daño lisosomal. K más los canales de salida P2X purinoceptor 7 (P2X7R) participan en este tipo de activación del inflamasoma. Otros canales de Ca2 plus residentes en la membrana plasmática, a saber, el receptor potencial transitorio de melastatina 2 (TRPM2), TRPM7 y el receptor potencial transitorio vaniloide 2 (TRPV2), pueden conducir a la entrada de Ca2 plus al citosol [21] (Figura lc). Las mitocondrias regulan la homeostasis y responden a cambios en el K+ intracelular y las ROS, lo que da como resultado disfunción mitocondrial y apoptosis. Además, la señalización apoptótica mitocondrial estimulada por NF-kB provoca la producción de IL-1 . El ADN mitocondrial oxidado se libera como consecuencia de la disfunción mitocondrial y la apoptosis, y activa directamente el inflamasoma NLRP3 [40-42].

Además de la activación del inflamasoma canónico NLR-ASC-caspasa-1, también existe un inflamasoma no canónico caracterizado por su activación a través de la caspasa-1l en ratones con los ortólogos humanos caspasa-4/ 5. Caspase-11 reconoce el lipopolisacárido (LPS) transfectado en el citosol de bacterias Gram-negativas, uniéndose directamente a su dominio CARD. Inicia la maduración proteolítica de IL-1 así como la muerte celular piroptótica de una manera dependiente de GSDMD [35,43]. La activación del inflamasoma no canónico por un componente de LPS se demostró en un estudio anterior en el que los ratones que carecían de caspasa-1l eran resistentes a la letalidad inducida por LPS, incluso en presencia de TLR4 [44]. Sin embargo, a partir de los inflamasomas canónicos y no canónicos, se observó una vía alternativa de activación del inflamasoma. No requiere la salida de K más, la inducción de la formación de motas ASC o la piroptosis posterior, y se propagó mediante la señalización TLR4-TRIF-RIPK1-FADD-CASP8 aguas arriba de NLRP3.

El inflamasoma NLRP3 se puede regular a nivel postranscripcional y postraduccional. A nivel postranscripcional, los factores epigenéticos como la metilación del ADN y la acetilación de histonas pueden regular la expresión del ARNm de NLRP3 en respuesta a la infección por Mycobacterium tuberculosis. La desregulación de los mecanismos epigenéticos podría contribuir al desarrollo patológico de los síndromes autoinflamatorios al aumentar la expresión de los componentes del inflamasoma. Los microARN también se estudian como reguladores postranscripcionales de los inflamasomas NLRP3 (miR-223, miR-133a, miR-7, miR-30e..)[35,47] . La activación del inflamasoma NLRP3 también puede regularse mediante modificaciones postraduccionales, principalmente fosforilación y ubiquitinación. Estas modificaciones a menudo están vinculadas. Pueden provocar diferentes destinos en la proteína NLRP3, incluida la modificación de las redes de proteínas que interactúan, el tráfico, el cambio en la localización subcelular, la activación/inhibición de la actividad enzimática y la degradación proteasómica, lisosomal o autofágica [48]. De hecho, un estudio reciente mostró que la fosforilación de NLRP3 en su dominio LRR puede regular el ensamblaje del inflamasoma.

5. Funciones efectoras del inflamasoma

Como se indicó anteriormente, los inflamasomas desempeñan un papel crucial en el sistema inmunitario innato por su capacidad para controlar la activación de la enzima proteolítica caspasa-1, que conduce a la maduración proteolítica de las citocinas proinflamatorias IL-1 e IL{ {2}}, así como la muerte celular por piroptosis [50]. La IL-1 madura se une a la IL-1R, promoviendo la heterodimerización del receptor y el posterior reclutamiento de componentes como MyD88. IL-1 conduce a la liberación de otras citocinas como IL-1, IL-6 y TNF-, así como otros factores que controlan el crecimiento y la diferenciación de las células inmunitarias. IL-18 participa en muchas vías fisiológicas. Un nivel más alto de IL-18 puede causar síndromes metabólicos. Por ejemplo, la inflamación crónica generada en los tejidos adiposos puede provocar resistencia a la insulina y diabetes mellitus tipo 2.

Otro proceso importante llevado a cabo por los inflamasomas es una forma lítica de muerte celular programada denominada piroptosis. Tanto la señalización del inflamasoma canónico, que recluta caspasa-1, como el inflamasoma no canónico, a través de caspasa-4, caspasa-5(en humanos) y caspasa-11 (en ratones), pueden desencadenar piroptosis. Se caracteriza por la inflamación de las células, la lisis de la membrana y la liberación de compuestos inflamatorios en el espacio extracelular, como IL-1, IL-6 e IL-18. Estudios previos han demostrado que las mentes maestras, un grupo de proteínas efectoras formadoras de poros, pueden reproducir piroptosis inflamatoria inducida por caspasas, siendo el dominio N-terminal de gasdermina-D suficiente para desencadenar el proceso. Además, la apoptosis dependiente de caspasa-8-es una vía adicional que resulta de la activación del inflamasoma. Los inflamasomas AIM2 y NLRP3 mostraron formas escindidas de caspasa apical-8 y caspasa ejecutora-3, en respuesta al ADN citosólico y la nigericina, respectivamente. El proceso ocurrió independientemente de la caspasa-1 pero dependía del adaptador del inflamasoma ASC. Curiosamente, un estudio reciente describió la capacidad de la proteína de unión a Z-DNA 1 (ZBP1), un sensor inmunitario innato capaz de activar la muerte celular en forma de piroptosis, apoptosis y necroptosis (PANoptosis) junto con el inflamasoma NLRP3.

Mientras que las funciones efectoras se han estudiado ampliamente, hay varias funciones adicionales de los complejos de inflamasoma que se han caracterizado menos. IL-1 es una proteína citoplasmática sin líder cuyos mecanismos de secreción están poco definidos. Se mostró un mecanismo independiente del retículo endoplásmico (ER)/Golgi denominado "secreción de proteína no convencional", y dependía de la activación de la caspasa-1. Sin embargo, los mecanismos específicos y los componentes moleculares involucrados en este proceso no están claros. Otra función emergente de los inflamasomas es la activación de los eicosanoides, moléculas bioactivas derivadas de los lípidos de la membrana que desempeñan un papel en los procesos homeostáticos y patológicos. Además, se ha observado un vínculo entre la activación del inflamasoma y la autofagia, así como la regulación de la maduración del fagosoma.

6. El papel del inflamasoma en la inmunidad adaptativa y la autoinmunidad

La producción de citocinas proinflamatorias es fundamental para una respuesta innata eficaz, así como un mecanismo por el cual el sistema inmunitario innato influye en el posterior desarrollo de una respuesta inmunitaria adaptativa. Como es bien sabido, los inflamasomas son componentes del sistema inmunitario innato que producen las citoquinas proinflamatorias IL-1 e IL-18, e impulsan la diferenciación de linajes específicos de células T auxiliares (Th1, Th2, Th17 y células T reguladoras), que son los principales actores en la inmunidad adaptativa [60]. Por otro lado, una activación aberrante del inflamasoma es responsable del desarrollo de CAPS, así como de otras enfermedades comunes como trastornos metabólicos, enfermedades relacionadas con cristales y enfermedades autoinmunes. La inflamación también es crucial en muchas enfermedades renales, incluida la lesión renal aguda (AKI) y la enfermedad renal crónica (CKD). Aunque el sistema inmunológico innato siempre está involucrado, en estas condiciones, la inmunidad adaptativa juega el papel principal.

En cuanto a las enfermedades autoinmunes, se caracterizan por células autorreactivas y sobreproducción de autoanticuerpos, producidos por falta de tolerancia inmunológica y respuestas inmunes autorreactivas aberrantes. La patogenia de las enfermedades autoinmunes aún no se ha aclarado, pero se ha demostrado que está involucrada una aberración en la inmunidad innata y adaptativa. El inflamasoma NLRP3 se ha relacionado recientemente con el reconocimiento de señales inmunitarias innatas y la inducción de respuestas inmunitarias autorreactivas, probablemente siendo un punto de control en la inmunidad innata para causar una inmunidad adaptativa distorsionada [62,63]. Por tanto, ¿cómo puede afectar la función del inflamasoma NLRP3 al desarrollo de enfermedades autoinmunes? Las citoquinas liberadas por el inflamasoma, especialmente la IL-1, producen un efecto inflamatorio que promueve el desarrollo de la mayoría de las enfermedades autoinmunes, incluidas la AR y la enfermedad inflamatoria intestinal. Además, el inflamasoma NLRP3 también es responsable de enfermedades autoinmunes debido a una disfunción inmune adaptativa. IL-1 media la proliferación de células T, por lo que puede promover las células T autorreactivas para causar la muerte de las células B [63,66]. El inflamasoma NLRP3 promueve la diferenciación Th1 en la AR, inducida por IL-1 de una manera dependiente de caspasa-1-, y también puede inducir la diferenciación y polarización de Th2, Th17 y células dendríticas en otras enfermedades autoinmunes [63, 67]. Las células Th17 pueden producir citocinas proinflamatorias, a saber, IL-17A, IL-17F, IL-21 e IL-22, mientras que las células Th1 secretan IFN-, inducidas por IL{{ 26}}, y todos estos factores contribuyen al desarrollo de la autoinmunidad. Además, las enfermedades autoinmunes pueden ser promovidas por la piroptosis, lo que lleva a la liberación de desechos celulares y su reacción con las células inmunitarias, lo que desencadena la inflamación.

De hecho, múltiples polimorfismos en los genes del inflamasoma se han asociado con la susceptibilidad y el desarrollo de enfermedades autoinmunes. Por ejemplo, las variantes raras de ganancia de función pueden estar implicadas en enfermedades inflamatorias hereditarias, caracterizadas por la producción descontrolada de IL-1 y/o IL-18, denominadas inflamasomopatías. Las mutaciones en NLRP3 son la inflamasomopatía prototípica, pero también se han descrito como enfermedades autoinflamatorias asociadas con mutaciones que activan los inflamasomas NLRP1, NLRC4 y pirina [69,70]. Además, los polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) juegan un papel crucial en las enfermedades autoinmunes y pueden afectar el cebado de los inflamasomas, algunos de sus componentes o productos finales (IL-1, IL-18).