Inflammasoma

L’inflammasoma è il secondo dei tre meccanismi di attivazione della risposta immune innata: il primo sono i TLR (che riconoscono PAMPs e DAMPs attivando i pathway correlati), il secondo è l’inflammasoma, il terzo è molto complesso e non viene trattato. Sta acquisendo importanza crescente perché sempre più coinvolto nelle patologie infiammatorie croniche.

Struttura e funzionamento

Gli inflammasomi sono complessi multiproteici contenuti in tutte le cellule immuni (bianche). In seguito al riconoscimento di segnali di pericolo nel citoplasma, le proteine si assemblano formando un inflammasoma funzionante, che porta alla produzione delle citochine infiammatorie IL-1β e IL-18. L’IL-1β è prodotta da svariati tipi cellulari, mentre l’IL-18 è caratteristica dell’inflammasoma: la sua presenza indica che l’inflammasoma si è attivato.

Il complesso comprende tre famiglie di proteine: recettori, adattatori e proteine catalitiche. Tra le proteine recettoriali la più importante per la patologia umana è NLRP3. Quando NLRP3 riconosce un segnale di pericolo, si assembla con una proteina adattatrice (di solito ASC) e attiva la scissione catalitica delle procaspasi a caspasi. Le caspasi clivano la pre-IL-1β e la pre-IL-18 nelle forme attive IL-1β e IL-18, che vengono poi secrete dalla cellula e immesse in circolo.

Inflammasoma e patologie

L’inflammasoma serve a eliminare i segnali di pericolo, ma un’attivazione eccessiva è associata a patologie infiammatorie croniche e tumorali, e all’invecchiamento patologico.

Nell’obesità:

• Individuo magro: il tessuto adiposo contiene Treg e macrofagi M2 che controllano l’infiammazione; il tessuto non è infiammato.
• Individuo sovrappeso: le cellule adipose si espandono e producono segnali di pericolo che attivano l’inflammasoma. Questo altera la composizione immune del tessuto adiposo, con accumulo di macrofagi M1 e Th1: si passa da una situazione antinfiammatoria a una infiammatoria, che a sua volta favorisce la persistenza del sovrappeso.

Uno studio su una cinquantina di bambini sovrappeso ha confermato che al tempo zero le proteine dell’inflammasoma e altre citochine infiammatorie erano sovraespresse. Dopo 18 mesi di dieta e attività fisica, nei bambini che avevano perso peso le proteine dell’inflammasoma erano diminuite, in particolare l’IL-18.

Lo sviluppo di farmaci inibitori dell’inflammasoma rappresenta una possibile soluzione a queste patologie infiammatorie croniche; ad esempio i farmaci sul pathway del GLP-1 hanno azione antinfiammatoria ed elevata efficacia contro l’obesità.

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(Integrazione da: sbobina 15)

Il SARS-CoV-2 attiva direttamente l’inflammasoma tramite tre sue proteine — ORF3A, ORF8B ed E protein — contribuendo alla produzione di IL-1β e IL-18. Questa attivazione è uno dei tre pathway infiammatori che concorrono al COVID severo, insieme all’alterazione dell’immunità adattativa e all’attivazione dei TLR intracellulari.

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(Sezione espansa con: sbobina 20)

PRR, NLR e recettori citosolici

L’inflammasoma è uno dei meccanismi attivati dai PRR (Pattern Recognition Receptors), i recettori — di membrana o citosolici — dell’immunità innata. I PRR riconoscono due tipi di strutture:

• PAMP → pattern molecolari associati a patogeni, di derivazione patogena (LPS della parete dei Gram negativi, peptidoglicani, RNA virale);
• DAMP → strutture di derivazione cellulare, rilasciate nello spazio extracellulare in seguito a un danno cellulare.

L’immunità innata si attiva quindi sia per un insulto esterno sia per un danno interno con morte cellulare. Oltre ai TLR (inclusi i TLR intracellulari o “sensori”, classificati per il tipo di molecola riconosciuta), tra i PRR citosolici ci sono i NLR (Nod Like Receptors), accomunati dall’attivazione del fattore di trascrizione NF-κB con effetto pro-infiammatorio. I principali NOD sono NOD1 (riconosce LPS) e NOD2 (riconosce il muramil peptide, dalla degradazione dei peptidoglicani). La loro attivazione porta all’attivazione delle APC, alla presentazione dell’antigene e alla sintesi di citochine pro-infiammatorie, comprese IL-1β e IL-18.

Composizione del complesso e attivazione

L’inflammasoma è composto da tre proteine:

1. Proteina sensore → il recettore citosolico;
2. Proteina adattatrice → la proteina ASC;
3. Proteina caspasi, nella forma inattiva di procaspasi 1.

IL-18 e IL-1β sono caspasi-1-dipendenti: immagazzinate come zimogeni inattivi, vengono attivate dal taglio della caspasi 1. Quando la proteina sensore è attivata da un segnale, l’inflammasoma si assembla: le proteine ASC si legano formando, con la procaspasi 1, un cordone chiamato ASC-SPECK. La formazione del complesso attiva la procaspasi 1 a caspasi, che taglia proteoliticamente le pro-forme (pro-IL-1β e pro-IL-18); le citochine attivate escono dalla cellula e mediano l’infiammazione.

Un’altra molecola che può essere attivata (non sempre) è la gasdermina: inizialmente inattiva, viene attivata dalle caspasi e la sua forma attiva media la piroptosi, una morte cellulare programmata caspasi-dipendente.

Via canonica e via non canonica

Via canonica — la forma classica possiede la proteina sensore NLRP3, la cui attivazione porta all’attivazione di citochine e gasdermina (quindi morte per piroptosi). Può essere innescata in due modi:

1. riconoscimento di PAMP e DAMP da parte dei TLR (via di attivazione classica);
2. riconoscimento di citochine extracellulari: uno stato infiammatorio preesistente attiva, tramite le citochine circolanti, vie che portano a NF-κB e poi al taglio caspasi-dipendente delle pro-citochine. Questa seconda via può essere attivata anche da un’alterazione dell’equilibrio ionico intra/extracellulare (malfunzionamento delle pompe ioniche), che attiva NLRP3.

Via non canonica (alternativa) — si basa sull’attivazione diretta delle caspasi. Quando l’LPS, anziché legare i recettori di membrana, entra nella cellula (per danno o alterata motilità di membrana), si ha attivazione di NLRP3, delle caspasi e taglio delle citochine, ma senza attivazione della gasdermina: si attiva l’inflammasoma senza piroptosi.

Altri sensori dell’inflammasoma

Cambiando la proteina sensore cambia il meccanismo di attivazione:

• NAIP e NLRC4 → riconoscono la flagellina; attivano l’inflammasoma in risposta a batteri flagellati.
• AIM2 → riconosce il DNA a doppia elica; media la risposta sia verso virus a DNA, sia verso il DNA rilasciato dalle cellule in seguito a danno tissutale.

L’inflammasoma può quindi essere attivato sia da un insulto esterno sia da un danno cellulare interno.

🔗 Collegamenti

• Toll-like Receptors (TLR) — 🔄 altro meccanismo di attivazione dell’immunità innata
• Patogenesi del COVID-19 Severo — 🔗 attivato dalle proteine virali ORF3A, ORF8B, E protein
• Polarizzazione dei Macrofagi (M1-M2) — 🔗 lo shift M2→M1 nel tessuto adiposo accompagna l’attivazione dell’inflammasoma
• Linfociti T Regolatori (Treg) — 🔗 controllano l’infiammazione del tessuto adiposo nel soggetto magro
• Citochine Pro-infiammatorie Primarie (TNF e IL-1) — 🔗 IL-1β e IL-18 sono i prodotti dell’inflammasoma