NLRP3

La proteína NLRP3 ( que contiene el dominio pirina de la familia NLR ) es una proteína que en humanos está codificada por el gen NLRP3 ^{[ 5 ],} ubicado en el brazo largo del cromosoma 1. [ ^{6 ] Anteriormente} , NLRP3 se conocía como proteína 3 que contiene los dominios NACHT, LRR y PYD [NALP3]; criopirina; síndrome autoinflamatorio inducido por el frío 1 (CIAS1); receptor tipo oruga 1.1 (CLR1.1); y proteína 1 similar a APAF1 que contiene pirina (PYPAF1). ^{[ 7 ]}

NLRP3 es un componente del sistema inmunitario innato que funciona como un receptor de reconocimiento de patrones (PRR), un sensor citosólico que responde a patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) y patrones moleculares asociados a daños (DAMP). NLRP3 pertenece a la familia de receptores tipo NOD (NLR) de PRR. ^{[ 8 ]}

NLRP3 se expresa predominantemente en macrófagos , donde actúa como un componente del inflamasoma . ^{[ 9 ] [ 10 ]} El inflamasoma NLRP3 desencadena inflamación y una respuesta inmune , y causa muerte celular a través de piroptosis o PANoptosis . ^{[ 11 ]} Desde su descubrimiento en 2004, el inflamasoma NLRP3 ha surgido como un componente crítico de la inmunidad innata, y las mutaciones en el gen NLRP3 se han asociado con una serie de enfermedades autoinmunes específicas de órganos , enfermedades autoinflamatorias y cánceres . Por lo tanto, el inflamasoma NLRP3 se ha convertido en el inflamasoma mejor comprendido y un foco central de la investigación sobre la inflamación.

La estructura de dominios de NLRP3 se refleja en su nombre completo: dominio de unión a nucleótidos, familia de repeticiones ricas en leucina, dominio de pirina que contiene 3. La proteína contiene un dominio de pirina (PYD) en el extremo N-terminal, un dominio NACHT que contiene un sitio de unión a nucleótidos (NBS) y un motivo LRR en el extremo C-terminal . NACHT, LRR y PYD son acrónimos de:

• NACHT – NA IP ( proteína inhibidora de la apoptosis neuronal ), C 2TA [activador de la transcripción de clase 2 del MHC] , H ET-E ( incompatibilidad heterocariótica ) y T P1 (proteína 1 asociada a la telomerasa)
• LRR – repetición rica en leucina , ^{[ 12 ]} un término también incluido dentro del término "NLR", para dominio de unión a nucleótidos, repetición rica en leucina " ^{[ 8 ]}
• PYD – dominio P YRIN d , llamado así por las proteínas pirina. ^{[ 13 ]}

Las estructuras disponibles de microscopía electrónica criogénica (crio-EM) sugieren que, en su estado inactivo, NLRP3 forma un oligómero en forma de anillo o disco en el que los LRR interactúan para formar una jaula que protege los PYD. Se cree que, al activarse, NLRP3 experimenta un cambio conformacional que expone los PYD, ^{[ 14 ] [ 15 ]} y el PYD de NLRP3 interactúa entonces con el PYD de una proteína adaptadora conocida como proteína similar a la mancha asociada a la apoptosis que contiene un CARD (ASC). ^{[ 14 ]} Se ha demostrado que las proteínas que contienen el dominio de reclutamiento de caspasa , CARD, están ampliamente implicadas en la inflamación y la respuesta inmunitaria. ^{[ 5 ]}

La activación de NLRP3 ocurre en respuesta a señales de peligro: PAMPs (como ARN viral o proteínas ^{[ 16 ]} ), DAMPs (como ácido úrico cristalino o ATP extracelular liberado por células dañadas ^{[ 17 ]} ) u otras alteraciones homeostáticas. ^{[ 18 ]} Sin embargo, actualmente no existe un mecanismo de activación unificador, y no está claro si NLRP3 se une a un ligando específico o responde de manera más general a una pérdida de la homeostasis. ^{[ 19 ]}

Se han identificado muchos mecanismos de activación y regulación diferentes para la activación de NLRP3 dependiente del contexto. En ausencia de una señal activadora, algunos estudios han sugerido que NLRP3 se mantiene en un estado inactivo, formando un complejo con HSP90 y SGT1 en el citoplasma . Bajo ciertas circunstancias, NLRP3 puede prepararse para la activación por una disminución en los niveles intracelulares de potasio (K ^{+ ) [ 20 ]} causada por el eflujo de los canales iónicos mecanosensibles ubicados en la membrana celular. ^{[ 21 ]} Sin embargo, otros desencadenantes inducen la activación de NLRP3 a través de la señalización inmune independiente de K ^{+ , [ 19 ] [ 22 ]} lo que sugiere que este no es un mecanismo universal. Las especies reactivas de oxígeno (ROS) también pueden contribuir a la activación, aunque no se han determinado los mecanismos precisos de dicha regulación. ^{[ 23 ]} Es probable que la activación involucre varios orgánulos , incluidas las mitocondrias y la red trans- Golgi , pero aún no se ha obtenido una imagen general completa de la dinámica de los orgánulos de NLRP3. ^{[ 15 ]} Las modificaciones postraduccionales también desempeñan un papel en la regulación de NLRP3. ^{[ 24 ]} La más conocida de ellas es la fosforilación por la quinasa 7 relacionada con NIMA (NEK7), que es esencial para la activación de NLRP3 en ratones, aunque no en humanos. ^{[ 14 ]}

Independientemente del mecanismo de activación específico, la activación de NLRP3 le permite unirse a la proteína adaptadora ASC para formar un complejo activador de la caspasa-1 conocido como inflamasoma NLRP3.

NLRP3 funciona principalmente a través de su inflamasoma. Se cree que ASC actúa como una proteína adaptadora, oligomerizando en una fibrilla que se extiende desde el centro del anillo de NLRP3 ^{[ 14 ]} para generar complejos de aproximadamente 1 μm de diámetro. ^{[ 25 ]} Esta estructura luego actúa como núcleo para los demás componentes del inflamasoma.

Los dominios CARD del extremo C-terminal de la ASC fibrilar se unen a las moléculas de procaspasa-1, que se autoactivan mediante escisión en la proteasa activa caspasa-1. ^{[ 26 ]} La activación de la caspasa-1 mediada por NLRP3 desempeña dos funciones principales en la inmunidad innata: activa las citocinas inflamatorias IL-1β e IL-18 , ^{[ 27 ]} y activa la gasdermina D. [ ^{28 ] La} subunidad activa escindida de la gasdermina D se oligomeriza para formar poros en la membrana plasmática que liberan preferentemente IL-1β e IL-18 activadas. ^{[ 29 ]}

Además de mediar la liberación de citocinas, el inflamasoma NLRP3 también es un importante mediador de la muerte celular inflamatoria y lítica. Cuando la formación de poros en la membrana y la lisis ocurren como punto final de la muerte celular, se liberan más citocinas y DAMPs, fortaleciendo la respuesta inflamatoria. ^{[ 30 ]} La muerte celular mediada por NLRP3 se ha atribuido convencionalmente a la piroptosis, una forma de muerte celular inflamatoria que depende completamente de la caspasa-1. Sin embargo, la muerte celular mediada por NLRP3 puede ocurrir alternativamente a través de la PANoptosis, ^{[ 31 ]} una vía distinta de muerte celular inflamatoria del sistema inmunitario innato iniciada por sensores del sistema inmunitario innato e impulsada por caspasas y quinasas de serina/treonina que interactúan con el receptor (RIPK) 1 y 3 . ^{[ 28 ]} NLRP3 puede actuar como un sensor de PANoptosis, pero tanto él como sus componentes del inflamasoma también han sido identificados como componentes de PANoptosomas (complejos inmunes que median la PANoptosis) asociados con las moléculas sensoras NLRP12 , NLRC5 y ZBP1 . ^{[ 28 ]}

A través de su función en la liberación de citocinas y la muerte celular inflamatoria, NLRP3 es fundamental en la defensa del huésped. El inflamasoma NLRP3 se activa en respuesta a patógenos, incluyendo bacterias , virus y hongos . ^{[ 32 ]} Por ejemplo, entre las bacterias, se ha sugerido que NLRP3 proporciona protección contra Staphylococcus aureus y Salmonella , ^{[ 32 ]} y contra infecciones por Streptococcus pneumoniae mediante la activación de STAT6 y SPDEF . ^{[ 33 ]} Entre los virus, se ha asociado con la infección por el virus de la hepatitis B , SARS-CoV-2 , el virus de la influenza y el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). ^{[ 32 ]}

Más allá de la infección, NLRP3 también media la muerte de células cancerosas en algunos contextos, incluyendo algunos estudios de cáncer colorrectal , ^{[ 34 ]} y un estudio de carcinoma hepatocelular encontró que los componentes del inflamasoma NLRP3 están regulados a la baja o ausentes. ^{[ 35 ]}

A pesar de las funciones beneficiosas del inflamasoma NLRP3, la desregulación se asocia con la patogénesis en una amplia gama de enfermedades y cáncer. ^{[ 32 ] [ 34 ] [ 36 ]} En particular, las mutaciones en el gen NLRP3 dan como resultado inflamasomas autoactivos ^{[ 37 ]} — de hecho, NLRP3 se descubrió originalmente a través de su mutación que causa el síndrome periódico asociado a la criopirina (CAPS), ^{[ 38 ]} un espectro de enfermedades autoinflamatorias asociadas a NLRP3 de herencia dominante que incluye el síndrome autoinflamatorio familiar por frío (FCAS), el síndrome de Muckle-Wells (MWS), el síndrome neurológico, cutáneo y articular infantil crónico ( CINCA ), la enfermedad inflamatoria multisistémica de inicio neonatal (NOMID) y la queratoendotelitis fugax hereditaria . ^{[ 5 ] [ 39 ]} Además, la actividad desregulada de NLRP3 tiene un papel en la patogénesis de la gota , ^{[ 17 ]} el accidente cerebrovascular hemorrágico ^{[ 40 ]} y la neuroinflamación que ocurre en enfermedades de plegamiento incorrecto de proteínas como Alzheimer , Parkinson y enfermedades priónicas . ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]} Se ha demostrado que la eliminación de Nlrp3 u otros componentes del inflamasoma mejora la enfermedad en modelos de ratón para gota , diabetes tipo 2 , esclerosis múltiple , enfermedad de Alzheimer y aterosclerosis . ^{[ 44 ]} Además, durante la infección, la sobreactivación del inflamasoma NLRP3 puede causar inflamación y patología excesivas. ^{[ 32 ]}

En el contexto del cáncer, los estudios han demostrado la función de NLRP3 en la supresión del cáncer para neoplasias malignas específicas; sin embargo, NLRP3 y el inflamasoma NLRP3 están asociados positivamente con la tumorigénesis en otros tipos de cáncer. ^{[ 34 ] [ 36 ]} Por ejemplo, se ha observado una alta expresión de NLRP3 y/o del inflamasoma NLRP3 en tejido canceroso en adenocarcinoma ductal pancreático (PDAC), células de melanoma , leucemia mieloide aguda y otros tipos de cáncer. ^{[ 34 ] [ 36 ]}

Debido a sus funciones generalizadas en la inducción de la muerte celular, la inflamación y la patogénesis, el inflamasoma NLRP3 ha captado la atención como un objetivo farmacológico potencial para diversas enfermedades basadas en la inflamación, y se han investigado numerosos inhibidores. ^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]} La diarilsulfonilurea MCC950 se consideró particularmente prometedora como un inhibidor de NLRP3 potente y selectivo ^{[ 48 ]} que es capaz de bloquear la estructura inactiva de NLRP3. ^{[ 49 ]} Sin embargo, los ensayos clínicos de fase II identificaron posibles signos de toxicidad hepática. ^{[ 50 ]} Nodthera e Inflazome han entrado en ensayos clínicos de fase I, y Dapansutrile (OLT1177), un compuesto molecular de β-sulfonil nitrilo desarrollado por Olactec Therapeutics, se ha evaluado en ensayos clínicos como un inhibidor selectivo de NLRP3 para el tratamiento de la insuficiencia cardíaca, la osteoartritis y la artritis gotosa. ^{[ 51 ]} Ruvonoflast (NT-0796) es otro inhibidor de NLRP3 que está desarrollando Nodthera y que actualmente se encuentra en ensayos clínicos. ^{[ 52 ] [ 53 ]} Ningún inhibidor ha sido aprobado aún para uso clínico.

Un enfoque alternativo para inhibir NLRP3 es inhibir su activación ascendente o su señalización descendente. Por ejemplo, se ha demostrado que el metabolito β-hidroxibutirato bloquea la enfermedad inflamatoria mediada por NLRP3 en modelos preclínicos al prevenir el eflujo de K ⁺ . ^{[ 54 ]} También se han evaluado otros inhibidores dirigidos a la gasdermina D y la IL-1β, y el bloqueo de la IL-1β ha demostrado ser clínicamente eficaz en varias enfermedades, en particular CAPS. ^{[ 55 ]} Sigue existiendo una necesidad urgente de identificar inhibidores eficaces que puedan utilizarse en poblaciones de pacientes más amplias. Los esfuerzos para dirigirse a NLRP3 y sus mediadores inflamatorios han cobrado un impulso considerable, y el desarrollo de nuevos inhibidores sigue siendo un campo dinámico.

• Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : Q96P20 (proteína 3 que contiene dominios NACHT, LRR y PYD) en el PDBe-KB .