Caracterización del receptor purinérgico P2X7 y el inflamasoma LNRP3 en la respuesta inflamatoria inducida por péptidos antimicrobianos e infecciones

Abstract

En esta Tesis se describe como el péptido antimicrobiano melitina induce la activación canónica del inflamasoma NLRP3 debido a una permeabilización de la membrana plasmática y una reducción de la concentración de K+ intracelular. Tras el tratamiento con melitina, la proteína ASC fue necesaria para activar caspasa-1 e inducir liberación de IL-1β. Sin embargo, la muerte celular inducida directamente por melitina permeabilizando la membrana plasmática evitó la amplificación de la activación de caspasa-1, la liberación de IL-18, y la ejecución de piroptosis. Por lo tanto, la activación del inflamasoma NLRP3 inducida por melitina resultó en una respuesta atenuada del inflamasoma que no indujo la muerte celular dependiente de caspasa-1. Además, se estudió una cohorte de pacientes con sepsis de origen intra-abdominal (n=35), donde se encontró que la activación del inflamasoma NLRP3 mediada por ATP estaba alterada en un grupo de pacientes entre las primeras 24h del desarrollo de sepsis. Estos pacientes presentaron una respuesta inmune inmunocomprometida y acumularon la mayor parte de muertes asociadas al proceso séptico. En pacientes sépticos immunocomprometidos P2X7 se asoció a la disfunción mitocondrial en monocitos, pero no a la activación del inflamasoma NLRP3. La activación del receptor P2X7 en monocitos antes de la estimulación microbiana dio lugar a una inhibición del inflamasoma NLRP3 por un daño mitocondrial. Se determinaron varios marcadores para gravedad en sepsis y citoquinas circulantes en plasma en el primer día del desarrollo de sepsis, que no fueron capaces de mostrar dicha estratificación de este grupo de pacientes sépticos con una alta mortalidad. Nuestros datos revelaron un mecanismo molecular iniciado por P2X7 que contribuye a la inmunosupresión en monocitos con sepsis, que podría ser un nuevo biomarcador temprano de la mortalidad. No menos importante, se encontró que los macrófagos y las células HEK293 activadas a través de P2X7, redujeron su capacidad de adhesión al sustrato en un tiempo reducido y de una forma dosis-dependiente. Estos datos indicaron que la adhesión celular al sustrato en macrófagos no activados es más alta que la adhesión a células HEK293 a la placa de cultivo y a distintas matrices extracelulares (ECMs). Este fenómeno es a través de la liberación celular de la integrina 1 inducida por la activación del receptor P2X7, haciendo que perdieran la adhesión al sustrato plástico y a colágeno tipo I, pero no a fibronectina o laminina. Aunque la adhesión celular aumentó rápidamente después de tratar los macrófagos con LPS bacteriano, tras la estimulación con ATP, la adhesión disminuyó radicalmente independientemente del sustrato dónde estuvieran plaqueados. En estas condiciones la muerte celular inducida por piroptosis tras la activación del receptor P2X7 induce de forma no selectiva la pérdida de la adhesión celular. Estos resultados revelaron que el receptor P2X7 está activamente asociado en el proceso de adhesión de macrófagos. This Thesis describes how the antimicrobial peptide melittin induces the canonical activation of NLRP3 inflammasome by a membrane permeabilization and a decrease of the intracellular K+ concentration. After melittin treatment, ASC protein was necessary to activate caspase-1 and induces IL-1release. However, cell death induced directly by membrane permeabilization induced by melittin inhibited the caspae-1 activation amplification, IL-18 release and pyroptosis. Thus, the NLRP3 inflammasome activation induced by melittin resulted in an attenuated response of the inflammasome without caspase-1 dependent cell death induction. In addition, a cohort of intra-abdominal origin septic patients (n=35) was studied, where we found that a NLRP3 inflammasome activation mediated by ATP was defected in a group of patients between the first 24h od sepsis development. These patients presented an immunocompromised immune response and they accumulated the major part of death associated to sepsis. In immunocompromised septic patients, P2X7 receptor was associated with mitochondrial dysfunction in monocytes, but not to the NLRP3 inflammasome activation. P2X7 receptor activation in monocytes without microbial stimulation resulted in an inhibition of the NLRP3 inflammasome mediated by a mitochondrial damage. Several markers for sepsis severity and circulating cytokines were determined without this high-risk of mortality group of patients’ stratification. Our data revealed a molecular mechanism initiated by P2X7 receptor, which contributes to the immunosuppression in monocytes from septic patients that could be considered as a new early biomarker to predict the mortality in sepsis. Not least important, we found that P2X7-activated macrophages and HEK293 cells reduced its ability to adhere to substrate in a short time and a dose-dependent manner. These data indicated that cell adhesion to a substrate by non-activated macrophages is higher than cell adhesion of non-treated HEK-cells, into the culture plate and different extracellular matrix (ECMs). This phenomenon was carried out the cellular release of the 1 integrin, induced by the P2X7 receptor activation, resulting in a loss of cell adhesion to the tissue culture plate and type I collagen, but not to fibronectin and laminin. Although cell adhesion rapidly increased after macrophages were treated with Escherichia coli LPS , after ATP stimulation, cell adhesion radically decreased independently of the adherent substrate where macrophages were plated. Under these conditions, cell death induced by pyroptosis after P2X7 receptor activation, induced non-selectively the loss of cell adhesion. These results revealed that the P2X7 receptor is actively associated to the macrophages adhesion process.