Rolle von NLRs bei der Regulierung der Typ-I-Interferon-Signalisierung, der Wirtsabwehr und der Entzündungstoleranz, Teil 1

Abstrakt:

Die Interferon-Signalübertragung vom Typ I trägt zur Entwicklung angeborener und adaptiver Immunantworten auf Viren, Pilze oder Bakterien bei. Allerdings sind die Amplitude und der Zeitpunkt der Interferon-Reaktion von größter Bedeutung, um ein enttäuschendes Ergebnis oder eine Gewebeschädigung zu verhindern. Während mehrere Krankheitserreger Strategien entwickelt haben, um die Qualität der Interferon-Signalübertragung zu stören, gibt es immer mehr Hinweise darauf, dass dieser Signalweg durch mehrere Mitglieder der Nod-like-Rezeptor-Familie (NLR) reguliert werden kann, obwohl der genaue Mechanismus für die meisten davon noch unklar ist.

NLRs bestehen aus einer Familie von etwa 20 Proteinen in Säugetieren, die sowohl mikrobielle Produkte als auch endogene Signale im Zusammenhang mit Gewebeschäden wahrnehmen können. Hier geben wir einen Überblick über unser aktuelles Verständnis der Funktion dieser NLRs bei Typ-I-Interferon-Reaktionen mit Schwerpunkt auf Virusinfektionen. Wir diskutieren, wie die NLR-vermittelte Typ-I-Interferonregulation die Entwicklung von Autoimmunität und die Immunantwort auf Infektionen beeinflussen kann.

Typ-I-Interferon ist ein wichtiger Immunregulator, der eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Gesundheit und der normalen Funktion des Immunsystems spielt. Im Prozess der Immunantwort kann Typ-I-Interferon die Beseitigung exogener Faktoren wie bösartiger Tumore und infektiöser Krankheitserreger stimulieren und die Immunabwehrfähigkeit des Körpers verbessern. Gleichzeitig kann Typ-I-Interferon auch die Apoptose von Tumorzellen induzieren und die Tumorzellproliferation hemmen, sodass es einen wichtigen klinischen Anwendungswert bei der Tumorbehandlung hat.

Darüber hinaus kann Typ-I-Interferon auch die Funktionen verschiedener Immunzellen stimulieren, beispielsweise die Tötungsaktivität von Makrophagen und NK-Zellen verstärken, die Differenzierung, Proliferation und Aktivierung von B-Zellen und T-Zellen fördern und die Interaktion zwischen Immunzellen regulieren und koordiniert so die Reaktion des gesamten Immunsystems. Daher spielt Interferon Typ I eine wichtige Rolle bei der Erhaltung der Gesundheit des Körpers sowie bei der Vorbeugung und Behandlung von immunbedingten Erkrankungen.

Kurz gesagt, Typ-I-Interferon steht in engem Zusammenhang mit der Immunität und spielt eine Rolle bei der Förderung der körpereigenen Immunabwehr und der Behandlung immunbedingter Krankheiten, indem es die Funktion von Immunzellen und die Interaktion zwischen Immunzellen reguliert. Unter diesem Gesichtspunkt müssen wir die Immunität verbessern. Cistanche kann die Immunität stärken. Cistanche ist reich an verschiedenen antioxidativen Substanzen wie Vitamin C, Vitamin C, Carotinoiden usw. Diese Inhaltsstoffe können freie Radikale abfangen, oxidativen Stress reduzieren und die Immunität verbessern. Systemwiderstand.

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Schlüsselwörter:

NOD-ähnliche Rezeptoren; Interferone; angeborene Immunität; Immunregulierung; Typ-I-Interferon; Virostatikum; Signalisierung.

1. Typ-I-Interferone

Interferone (IFNs) sind eine heterogene Gruppe von Proteinen, die auf der Grundlage unterschiedlicher Funktionen und Eigenschaften in drei Familien (Typ I, II und III) eingeteilt werden können [1]. Die Familie der menschlichen Typ-I-IFN besteht aus 5 Untergruppen: IFN-, -, -κ, -ε und -ω [2–4], während die Typ-II-IFN-Gruppe nur IFN- enthält [3]. Typ-III-IFNs bestehen aus vier IFN-λ-Proteinen [5,6].

Dieser Aufsatz konzentriert sich auf die Regulierung von Typ-I-IFNs durch Mitglieder der Familie der Nod-like-Rezeptoren (NLR) und innerhalb dieser Klasse auf die bekanntesten und am besten untersuchten Mitglieder von IFN- und IFN-.

Typ-I-IFNs binden alle an einen gemeinsamen heterodimeren Rezeptor, der aus den Untereinheiten IFN-/R1 (IFNAR1) und IFN-/R2 (IFNAR2) besteht [7–9], die auf den meisten Zelltypen exprimiert werden. Die Bindung von Typ-I-IFNs an ihren Rezeptor führt zu einer Dimerisierung der Rezeptoruntereinheit [10], einer schnellen Aktivierung der mit der R2-Untereinheit assoziierten Janus-Kinase 1 (JAK1) [11,12] und anschließender Induktion des JAK-STAT-Signalwegs [13]. Diese Tyrosinkinase autophosphoryliert und phosphoryliert zusätzlich spezifische Reste innerhalb der Interaktionsstellen der intrazellulären Domäne des Rezeptors, wodurch Signaltransducer- und Transkriptionsaktivator-Bindungstaschen (STAT) sichtbar werden [14].

Nach der Bindung der STAT-Proteine ​​über ihre Src-Homology 2 (SH2)-Domänen werden STATs durch aktiviertes JAK1 phosphoryliert, was zu ihrer Dissoziation vom Rezeptor führt. IFN- induziert die Bildung von STAT1/STAT2-Heterodimeren [15], die sich weiter mit dem Interferon-regulatorischen Faktor 9 (IRF9) assoziieren und anschließend den IFN-stimulierten Genfaktor 3 (ISGF3) bilden können [16]. Der ISGF3 wandert in den Zellkern, um Interferon-stimulierte Antwortelemente (ISREs) zu binden und so antivirale Antwortgene zu induzieren [15,17,18]. Darüber hinaus kann STAT1 mit STAT3 Homodimere oder Heterodimere bilden. STAT1, STAT3, STAT4, STAT5 und STAT6 bilden Homodimere.

Die Dimerisierung geht der Translokation in den Zellkern und der Aktivierung von Genen voraus, die durch eine Gamma-Interferon-Aktivierungsstelle (GAS) reguliert werden [19–21], was zu einer entzündungsfördernden Reaktion führt (Abbildung 1).

Die Bindung von IFN-o an seinen Rezeptor führt auch zu einer schnellen Phosphorylierung der mit der Rezeptoruntereinheit R1 assoziierten Tyrosinkinase Tyk2 (22-25), die die Signalübertragung an Nicht-IFN-Signalwege vermittelt, was zur Initiierung des MAP-Kinase-Signalwegs und seiner Aktivierung führt von p38 und anschließende Wachstumshemmung (26) sowie Chromatin-Remodellierung nach Translokation des Crebinding-Elements (CREB) (27). Darüber hinaus aktiviert Tyk2 die Phosphoinositid--3--Kinase (PI3K), was zur Aktivierung des Säugetierziels von Rapamycin (mTOR) und zur Initiierung der mRNA-Translation sowie zur Aktivierung der entzündungsfördernden Kernfaktor-Kappa-Leichtkette führt „Enhancer“ des Signalwegs aktivierter B-Zellen (NF-kB) (28).

1.1. Die Immunantwort auf Infektionen und Gewebetoleranz wird durch die Typ-I-Interferon-Reaktion beeinflusst

Viren interagieren mit einer Vielzahl von Proteinen in Säugetierzellen und ihre Entwicklung wurde durch antivirale Einschränkungen und die Anpassung ihrer Wirtszellen vorangetrieben. Es ist daher nicht verwunderlich, dass ihre gemeinsame Entwicklung zu hochentwickelten Regulierungsmechanismen für den Zeitpunkt und die Amplitude von Immunantworten auf virale Herausforderungen geführt hat. IFN vom Typ I spielt eine zentrale Rolle bei der Bekämpfung viraler Infektionen und ist auch an der Abwehr anderer Krankheitserreger beteiligt. Im Jahr 1957 entdeckten Alick Isaacs und Lean Lindenmann IFNs als einen löslichen Faktor im Überstand der Chorioallantoismembran, der mit hitzeinaktivierten Influenzaviren in Kontakt gebracht wird und die Virusinfektion in Zellen stört, daher der Name „Interferon“29. Typ I FNs wirken sowohl auf autokrine als auch auf parakrine Weise und bereiten umstehende Zellen auf eine bevorstehende Virusinfektion durch letztere vor. Ihre Fähigkeit, die Virusreplikation einzuschränken, wird hauptsächlich durch eine Vielzahl von Interferon-stimulierten Genen (ISGs) gesteuert. Darüber hinaus spielen Typ-I-IFNs eine wichtige Rolle Rolle bei der Aktivierung von Zellen, die an der Entwicklung der adaptiven Immunantwort beteiligt sind. Hier sind Typ-I-IFNs an der Kontrolle der Zellexpansion und -differenzierung sowie an der Bestimmung der Zytokin- und Chemokinreaktionen von Zellen der lymphatischen Linie beteiligt (30).

IFNs vom Typ I sind mit der schnellen Induktion eines zellulären antiviralen Zustands verbunden, und die meisten Zellen können sie als Reaktion auf eine geeignete Stimulation des Mustererkennungsrezeptors (PRR) produzieren. Sie bereiten die infizierten Zellen sowie die umliegenden Zellen auf einen Zustand der Abwehr oder Toleranz vor [31]. Ihre Bedeutung als Schutzfaktoren bei Virusinfektionen wurde durch den Nachweis der hohen Anfälligkeit von Mäusen, denen der IFNAR1-Rezeptor fehlt (Ifnar1-/-Mäuse), gegenüber dem Vesikulären Stomatitis-Virus (VSV), dem Semliki-Forest-Virus, dem Vaccinia-Virus (VACV) und der lymphozytären Choriomeningitis nachgewiesen Virus (LCMV) [32]. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Mäuse mit STAT1-Mangel sehr anfällig für Influenzaviren sind [33], was die Bedeutung von Typ-I-IFNs bei antiviralen Reaktionen weiter untermauert. Beim Menschen sind mehrere Formen angeborener STAT1-Mängel mit einer hohen Anfälligkeit für intrazelluläre Bakterien und Viren verbunden [34], während einige Gain-of-Function-STAT1-Mutationen für die Entwicklung einer chronischen mukokutanen Candidiasis verantwortlich sind [35].

Bei bakteriellen Infektionen sind die Funktionen von IFNs vom Typ I komplexer, da sie die Abwehr des Wirts entweder positiv oder negativ beeinflussen können [30]. Die IFN-Behandlung von Makrophagen vom Typ I führt zu einer besseren Einschränkung der Bakterienreplikation während einer Infektion mit intrazellulärer Legionella pneumophilia oder Bacillus anthracis [36–39]. Darüber hinaus scheint Typ-I-IFN Zellen vor der Invasion durch Salmonella enterica subsp. zu schützen. enterica ser. Typhimurium (S. Typhimurium) und Shigella flexneri zeigten als Mäuse, die mit rekombinantem IFN vom Typ I behandelt wurden, eine verringerte Anzahl invasiver Bakterien in Epithelzellen und ein verbessertes Überleben [40,41]. IFNs vom Typ I tragen zur Aktivierung von Makrophagen im Hinblick auf die Produktion von Stickoxid (NO) und TNF bei [42]. Allerdings wurden IFN- und - auch als negative Regulatoren vieler Zytokine und Chemokine identifiziert, die Immunantworten auf bakterielle Infektionen steuern, insbesondere gegen Listeria monocytogenes [43,44] und S. Typhimurium [44,45] (Übersicht in [46]).

Neben Bakterien induziert die Erkennung von Pilzen, vor allem durch den C-Typ-Lektinrezeptor Dectin-1, aber auch von Pilznukleinsäuren durch Toll-like-Rezeptor 7 (TLR7) und TLR9, robuste Typ-I-Interferon-Reaktionen [47,48 ]. Wie bei bakteriellen Infektionen können Typ-I-Interferone jedoch auch das Überleben von Krankheitserregern unterstützen [49].

Typ-I-IFNs sind von gleicher Bedeutung für die Orchestrierung adaptiver Immunantworten auf Infektionen durch die Transkriptionsregulierung eines breiten Spektrums von Zielgenen. Insbesondere induzieren und unterstützen Typ-I-IFNs die Produktion von Typ-II-IFNs, hauptsächlich IFN-, direkt in NK-Zellen [50,51] und unterstützen die Produktion von IL-12 in dendritischen Zellen (DCs) [52]. Sie können die Reaktionen myeloischer Zellen, B-Zellen und T-Zellen auf eine Virusinfektion weiter verstärken, was zu einer verbesserten Beseitigung von Viren und der Etablierung eines robusten adaptiven T- und B-Zell-Gedächtnisrepertoires führt. Bei der Antigenpräsentation induziert IFN- die Transkription von MHC-Klasse I und Klasse II, indem es die Expression von zwei Mitgliedern der NLR-Familie, der Caspase-Aktivierungs- und Rekrutierungsdomäne (CARD) mit 5 (NLRC5) bzw. dem MHC-Klasse-II-Transkriptionsaktivator (CIITA), induziert [53,54]. Inzwischen wurde festgestellt, dass die Expression vieler anderer NLRs sowohl durch IFNs vom Typ I als auch vom Typ II reguliert wird. Im folgenden Abschnitt beschreiben wir ausführlich, wie NLRs durch Typ-I-IFNs reguliert werden und wie sie das Ergebnis von Typ-I-IFN-Reaktionen modulieren. Wir diskutieren, wie eine Deregulierung von NLRs als Folge der Verbreitung von Krankheitserregern oder einer verringerten Gewebetoleranz gegenüber Stressschäden zu einer Anfälligkeit für Infektionen oder autoinflammatorische Erkrankungen führen kann

1.2. Induktion der Typ-I-Interferon-Reaktion durch Nukleinsäureerkennung

Die Erkennung pathogenassoziierter molekularer Muster (PAMPs) durch evolutionär konservierte PRRs ist der erste Schritt zur Entwicklung einer schnellen angeborenen Immunantwort. Nachdem PRRs potenziell schädliche Nicht-Selbstmoleküle erkannt haben, aktivieren sie eine definierte Reihe von Signalkaskaden, die in der Induktion eines Toleranz- oder Abwehrzustands in der Wirtszelle gipfeln. Dies ermöglicht die Produktion und Freisetzung von Zytokinen, die benachbarten Zellen signalisieren, Immunzellen für die Auslösung einer spezifischen adaptiven Immunantwort zu rekrutieren.

PRRs sind in verschiedenen subzellulären Kompartimenten lokalisiert. Toll-like-Rezeptoren (TLRs), C-Typ-Lektine und Scavenger-Rezeptoren bedecken die Zelloberfläche sowie, im Fall von TLRs, Membranen des endosomalen Kompartiments. NOD-ähnliche Rezeptoren (NLRs), RIG-I-ähnliche Rezeptoren (RLRs) und zyklische GMP-AMP-Synthase (cGAS) überwachen das Zytoplasma auf Zellschäden oder das Vorhandensein invasiver Krankheitserreger. Die Aktivierung dieser Rezeptoren führt zur Induktion oder Unterdrückung der IFN-Sekretion vom Typ I, was in den folgenden Kapiteln besprochen wird und in Abbildung 1 zusammengefasst ist.

Der Nachweis zytosolischer DNA wird hauptsächlich durch das allgegenwärtig exprimierte cGAS und das Fehlen des Melanom-2-Proteins (AIM2) vermittelt. Dazu gehört nicht nur fremde DNA, die von Krankheitserregern stammt, sondern auch zytosolisches Chromatin, das durch genotoxischen Stress entsteht. Während die cGAS-Aktivierung IFNs vom Typ I induziert, führt der Nachweis zytosolischer DNA durch AIM2 zum pyroptotischen Zelltod als Folge der Aktivierung von Caspase-1 und der anschließenden Verarbeitung und Freisetzung von reifem IL-1 und IL{{ 5}} [55].

Durch die Bindung an zytosolische DNA wird cGAS in einen aktiven Zustand versetzt, was zur Synthese des sekundären Botenstoffs zyklisches GMP-AMP (cGAMP) mit einem gemischt verknüpften Rückgrat (c[G(20,50)pA(30,50)p]) führt. , das wiederum von dem als Stimulator der Interferon-Gene (STING) bezeichneten Protein wahrgenommen wird [56–59], das sich an der Membran des endoplasmatischen Retikulums befindet [60]. Die Aktivierung von STING führt zu seiner Translokation in das Golgi-Netzwerk und aktiviert die mit der TRAF-Familie assoziierte NF-κB-Aktivator-Bindungskinase 1 (TBK1). Nach der Autophosphorylierung aktiviert TBK1 anschließend IRF3 durch direkte Bindung [61].

Dies ermöglicht seine Dimerisierung, Translokation in den Zellkern und die Initiierung der Transkription von Typ-I-IFNs. Die IRF3-Aktivierung führt zu einer ersten Transkriptionswelle mit IFN- und IFN- 4 als zentralen Transkriptionszielen. Die Transkription von IRF7 wird ebenfalls induziert, um eine positive Rückkopplungsschleife zu ermöglichen, die zu einer zweiten Welle der Sekretion von Typ-I-IFNs führt [62]. STING ist der wesentliche Mediator dieser Reaktion, da sein Mangel die cGAS-induzierte IRF3-Aktivierung und IFN-Induktion aufhebt [63]. Ein cGAS-Mangel in aus dem Knochenmark der Maus stammenden Makrophagen (BMDMs) ist schädlich für die Induktion antiviraler IFN-Reaktionen vom Typ I gegen DNA-Viren wie Herpes-simplex-Virus (HSV) 1, VACV und murines Gammaherpesvirus 68, hat jedoch keinen Einfluss auf die Reaktion auf das RNA-Virus Sendai-Virus (SeV) [64,65]. Neben der Aktivierung von IRF3 fungiert STING auch als Aktivator von NF-κB. Für eine ausführliche Übersicht über die Funktionen der cGAS-STING-Aktivierung wird der Leser auf [66] verwiesen.

Studien an Zellen von cGAS-/−-Mäusen haben gezeigt, dass cGAS der wichtigste DNA-Sensor in Antigen-präsentierenden Zellen ist, wie z. B. plasmazytoiden dendritischen Zellen (pDCs) und herkömmlichen dendritischen Zellen (cDCs). Der Mangel an cGAS in diesen Zellen führte dazu, dass sie nicht mehr auf DNA-Transfektion und Infektion mit DNA-Viren reagierten [67]. Die IFN-Antwort vom Typ I auf diese Nukleinsäuren ist auch als Priming-Signal für die Funktion der DNA-induzierten AIM2-Inflammasom-Anordnung von wesentlicher Bedeutung (55).

Neben Nukleinsäuren von mehreren DNA-Viren wie dem Cytomegalievirus [68,69], HSV 1 [67], VACV [67] und Retroviren [70] ist cGAS auch der Sensor für mikrobielle DNA von invasiven Bakterien und Protozoen wie L. monocytogenes [71–73], Chlamydia trachomatis [74], Mycobacterium tuberculosis [75–77], Toxoplasma gondii [78] und Leishmania major [79].

Die wichtigste Familie zytosolischer RNA-Sensoren ist die RIG-I-ähnliche Rezeptorfamilie (RLRs), bestehend aus dem Retinsäure-induzierbaren Gen-I-Protein (RIG-I), dem Melanoma Differentiation-Associated Protein 5 (MDA5) und Labor der Genetik und Physiologie 2 (LGP2). Diese Proteine ​​können die 5-Primärdi- und -triphosphate von kurzer doppelsträngiger (ds)RNA mit stumpfen Enden durch RIG-I oder langer dsRNA durch MDA5 erkennen [80]. Alle drei Proteine ​​enthalten DExD/H-Box-Domänen mit ATPase-Funktion, die für die RNA-Bindung entscheidend sind. RIG-I und MDA5 enthalten außerdem zwei CARD. Diese N-terminalen Domänen sind für die weitere Downstream-Signalübertragung verantwortlich, indem sie an die CARD-Domäne des mitochondrialen antiviralen Signalproteins (MAVS) binden. Die C-terminale Domäne von RIG-I dient als inhibitorische Domäne und hält das Protein in einem inaktiven Zustand, bis es RNA bindet und Konformationsänderungen induziert werden [81].

Nach der Bindung verschiedener zytosolischer RNA-Spezies unterliegen sowohl MDA5 als auch RIG-I einer K63--verknüpften Ubiquitinierung, sowohl durch kovalente als auch durch nichtkovalente Bindung [82]. Entweder RIG-I, das dreigliedrige Motiv enthaltende Protein 25 (TRIM25) [82] oder Riplet [83,84] können als E3-Ubiquitin-Ligasen fungieren. Dieser Prozess ermöglicht die Homotetramerisierung von RIG-I [85] und die Lokalisierung in MAVS an der äußeren Mitochondrienmembran, wodurch dessen Oligomerisierung eingeleitet wird [86]. Diese Multimerisierung von MAVS führt zu seiner Aktivierung und ermöglicht die Rekrutierung zusätzlicher Downstream-Adapterproteine ​​TRAF2, TRAF6 und TRADD [87,88]. Anschließend werden TRAF3 (89) und TANK (90) rekrutiert, um die Aktivierung von TBK1 und IKKε zu erleichtern, die dann die Transkriptionsfaktoren IRF3 und IRF7 phosphorylieren. Die Aktivierung dieser beiden Faktoren ermöglicht ihre Homodimerisierung und Translokation in den Zellkern, wo sie die Transkription von IFNs vom Typ I und Typ III initiieren [91–94]. LGP2 enthält keine CARD-Domäne und daher wurde vorgeschlagen, dass es nicht bei der Signalübertragung, sondern vielmehr als Regulator der RIG-I- oder MDA5-Funktion fungiert [95].

1.3. Induktion von Typ-I-Interferon-Reaktionen durch membrangebundene TLRs

Während die meisten Mitglieder der TLR-Familie die NF-κB-Signalkaskade durch MyD88 aktivieren können, werden Typ-I-IFNs durch TLRs über die Aktivierung von TRIF induziert [96]. Unter diesen TLRs hat sich TLR4 als der wichtigste Induktor von Typ-I-IFNs erwiesen. Die Erkennung von LPS oder mehreren viralen Proteinen führt zur Aktivierung von TRIF. TRIF kann dann direkt mit TBK1 assoziieren und die IRF3-Aktivierung und Translokation in den Zellkern induzieren, wie oben beschrieben [97,98]. Darüber hinaus sind TLR3, das ebenfalls über TRIF signalisiert, sowie TLR7 und TLR9 Induktoren von IFN-Reaktionen [98]. TLR7 und TLR9 werden hauptsächlich in pDCs exprimiert, wo sie die IFN-Expression vom Typ I in MyD88--abhängiger Weise induzieren. pDCs exprimieren IRF7 konstitutiv, und es wurde gezeigt, dass MyD88 einen Komplex mit IRF7 bilden kann, um dessen Aktivierung und Transkriptionsaktivität auszulösen [99,100]. Eine umfassendere Übersicht über TLR-induzierte Immunsignale finden Sie unter [101,102].

1.4. Induktion von Interferon-Reaktionen durch NLRs

Neben membrangebundenen TLRs und zytosolischen RLRs ist die Proteinfamilie der NOD-ähnlichen Rezeptoren (NLR) eine weitere Gruppe zytosolischer PRRs. Bei Säugetieren wurden insgesamt 22 menschliche NLRs beschrieben [103]. NLRs zeichnen sich durch ein gemeinsames dreigliedriges Motiv aus, das aus einer zentralen Nukleotidbindungs- und Oligomerisierungsdomäne (NACHT), C-terminalen Leucin-reichen Wiederholungen (LRRs) und einer variablen N-terminalen Effektordomäne besteht. Entsprechend ihrer Effektordomäne werden NLRs in verschiedene Untergruppen eingeteilt: CARD-Transkriptions- und Aktivierungsdomäne (CARD-AD), die NLRA enthält, Baculovirus-Inhibitor-der-Apoptose-Domäne (BIR), die NLRB trägt, Caspase-Aktivierungs- und Rekrutierungsdomäne (CARD), die NLRC und Pyrin enthält Domäne (PYD), die NLRP enthält [104]. NLRX1 enthält eine unkonventionelle N-terminale Domäne, die keine Homologie mit den N-terminalen Domänen der anderen Mitglieder der Proteinfamilie aufweist. Es ist außerdem einzigartig, da es eine mitochondriale Lokalisierungssequenz (MLS) enthält [105].

NOD1 und NOD2 waren die Gründungs- und Namensgeber dieser Proteinfamilie [106–108]. NOD1 und NOD2 fungieren als intrazelluläre Sensoren für Peptidoglycan (PGN)-Komponenten aus der bakteriellen Zellwand, um eine entsprechende Immunantwort auszulösen [106,107,109–111]. Allerdings fungieren nicht alle Proteine ​​dieser Unterfamilie als echte PRRs. Dies wird durch die Tatsache angezeigt, dass für die meisten Mitglieder der NLR-Proteinfamilie keine direkte Ligandenbindung oder gar ein direkter Aktivator entdeckt wurde. Darüber hinaus binden einige der NLRs mit bekannten Aktivatoren, wie NLRC4 [112], nicht direkt an ihre Aktivatoren, sondern benötigen vielmehr akzessorische Proteine. Neben der Funktion von NLRs als PRRs mit direkter Induktion proinflammatorischer Signalwege (NOD1, NOD2, Apoptose-inhibitorisches Protein der NLR-Familie NAIP) bilden einige NLRs einen spezialisierten Multiproteinkomplex, das Inflammasom.

Die Bildung von Inflammasomen hat mit dem Apoptose-assoziierten Speck-Protein (ASC) gemeinsam, das durch PYD des aktivierten NLR rekrutiert wird. Folglich wird eine hochorganisierte Multiprotein-Signalisierungsplattform aufgebaut, für die Pro-Caspase-1 rekrutiert wird, was zur Reifung von Pro-IL-1 und Pro-IL-18 führt [113]. Nicht-PRR-Funktionen wurden auch für zwei andere NLR-Proteine ​​beschrieben, nämlich MHC-Klasse-II-Transaktivator (CIITA) und NLRC5, bei denen es sich um Transkriptionsregulatoren handelt, von denen beschrieben wurde, dass sie in den Kern pendeln, wo sie mit einem Multiprotein-Transkriptionskomplex interagieren können. Es wird als MHC-Enhanceosom bezeichnet, um die Transkription von MHC-Klasse-II- bzw. MHC-Klasse-I-Genen zu induzieren [114–117]. Kerntranslokation und direkte Transkriptionsregulation wurden außerdem für NLRP3 (118) und NOD2 (119) beschrieben. Mehrere andere NLRs wurden kürzlich als Modulatoren angeborener Immunantworten beschrieben. Für Einzelheiten zu den Funktionen von NLR-Proteinen wird der Leser auf aktuelle Übersichtsartikel verwiesen [120–122]. Allerdings gibt es bis heute noch einige NLR-Proteine, deren Funktionen noch nicht untersucht wurden.

In den folgenden Abschnitten geben wir einen Überblick über unser aktuelles Verständnis der Funktionen von NLRs in IFN-Reaktionen. Eine Zusammenfassung finden Sie in Tabelle 1 und Abbildung 2.

2. Negatives regulatorisches Feedback zu Typ-I-Interferon-Reaktionen durch NLRs

2.1. NLRX1

NLRX1 wurde mit verschiedenen Signalwegen in Verbindung gebracht. Es schwächt die NF-κB-Aktivierung bei TLR-Aktivierung ab [138,139,176] und kann die ROS-Produktion steigern, wodurch der JNK-Signalweg verbessert wird [177–180]. Darüber hinaus fördert NLRX1 auch die Autophagie durch Assoziation mit dem Tu-Translations-Elongationsfaktor (TUFM) [140] und erhöht die IRF1-Proteinspiegel bei einer Virusinfektion, indem es die Hemmung der mRNA-Translation durch Proteinkinase R (PKR) abschwächt [181]. NLRX1 ist auch an der Induktion von Apoptose [182] und der Regulierung des NLRP3-Inflammasoms beteiligt [183,184].

Neben diesen Funktionen ist NLRX1 einer der am besten beschriebenen NLRs, der IFN-Reaktionen vom Typ I reguliert. NLRX1 scheint kein Sensor für virale oder bakterielle Infektionen zu sein, sondern eher ein negativer Regulator von Typ-I-IFNs [105,138]. Seine ungewöhnliche Funktion wird durch die Tatsache unterstrichen, dass es in seinem N-Terminus ein MLS enthält [105,178,185]. Allerdings ist die genaue Lokalisierung in den Mitochondrien immer noch umstritten, da sowohl über die Lokalisierung in der Mitochondrienmatrix als auch in der äußeren Mitochondrienmembran berichtet wurde [105].

Durch die Interaktion mit MAVS reguliert NLRX1 die RIG-I-MAVS-abhängige IFN-Induktion negativ, indem es die Interaktion von MAVS und RIG-I stört [105,138]. Daher führt eine Überexpression von NLRX1 zu einer beeinträchtigten RIG-I-abhängigen antiviralen Signalübertragung und dadurch zu einer verstärkten Virusreplikation [141,142]. NLRX1 könnte auf MAVS für den proteasomalen Abbau durch die Rekrutierung von Poly (rC)-bindendem Protein 2 (PCBP2) abzielen, das von der NACHT-Domäne von NLRX1 rekrutiert wird [142]. Die Stummschaltung von NLRX1 in pDCs, in denen NLRX1 konstitutiv exprimiert wird, und in von Monozyten abgeleiteten DCs (moDCs), in denen die Grundspiegel von NLRX1 während der Differenzierung erhöht werden, führt ebenfalls zu höheren RLR-induzierten Spiegeln von Typ-I-IFN [143], was dies unterstützt eine negative Regulation der RIG-I-induzierten Signalübertragung.

Der Abbau von NLRX1 führt nach einer Virusinfektion zu erhöhten Transkriptionsniveaus von IFNb1, STAT2 und dem 20 -50 -Oligoadenylat-Synthetase-1-Gen (OAS1), was auf eine negative regulatorische Rolle von NLRX1 auf der IFN-/STAT2/OAS1-Achse schließen lässt [138] . Dementsprechend führt eine Virusinfektion bei Nlrx1-/--Mäusen im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen zu einer höheren Expression von IFNa2, IFNb1, OAS1 und STAT2. Eine solche erhöhte antivirale Reaktion verringerte jedoch die Gewebetoleranz gegenüber Lungenschäden [138]. Fas-assoziierter Faktor 1 (FAF1) hingegen wurde als Inhibitor der NLRX1-vermittelten Reduktion der Typ-I-IFN-Expression identifiziert. FAF1 konkurriert mit MAVS um die Bindung an NLRX1 und reguliert daher positiv die virusinduzierte Typ-I-IFN-Sekretion. Es wird vorgeschlagen, dass sich NLRX1 bei der FAF1-Bindung von MAVS dissoziiert, das dann in der Lage ist, mit RIG-I zu interagieren und die Typ-I-IFN-Induktion zu verstärken [144]. Ein weiterer Mechanismus, durch den NLRX1 die Induktion von IFNs vom Typ I hemmen kann, ist die Bindung an STING. Diese Interaktion verstärkt sich bei einer Virusinfektion und dissoziiert TBK1 vom Proteinkomplex [145]. Darüber hinaus ist NLRX1 an der Regulierung der Autophagie beteiligt. Es wurde vermutet, dass die Wechselwirkung von mitochondrialem TUFM mit NLRX1 die Autophagie steigert und dadurch die Typ-I-IFN-Signalisierung hemmt [140].

Es ist zu beachten, dass die hemmende Wirkung von NLRX1 auf die MAVS-abhängige Typ-I-IFN-Induktion etwas umstritten ist, da mehrere Gruppen die oben beschriebenen Effekte nicht validieren konnten [146–148]. Da gezeigt wurde, dass NLRX1 IRF3-- und IRF1--vermittelte Reaktionen unterschiedlich beeinflusst, könnte dies zumindest teilweise diese widersprüchlichen Ergebnisse erklären [181].

2.2. NLRC3

NLRC3 kann mehrere Signalwege wie NF-κB [186,187], mTOR [188] sowie den Aufbau und die Aktivität des NLRP3-Inflammasoms [189] negativ regulieren. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass es autoimmune und virusspezifische CD4-plus-T-Zell-Reaktionen abschwächt, indem es die TNF- und IFN-Produktion hemmt [187,190] und dadurch die Proliferation von Th1- und Th17-Zellen reduziert [187].

NLRC3 schränkt auch die IFN-Produktion vom Typ I als Reaktion auf zytosolische DNA, zyklisches Di-GMP (c-di-GMP) und HSV1-Infektion ein, indem es die Interaktion zwischen STING und TBK1 direkt behindert (149). Mechanistisch gesehen blockiert NLRC3 den STING-Transport vom ER zu einer perinukleären/Golgi-Position und endoplasmatisch assoziierten Puncta nach der DNA-Erkennung [149]. Diese negative Regulation von STING durch NLRC3 verhindert die TBK1-abhängige Phosphorylierung von IRF3 durch seine Bindung an das Ras-GTPase-aktivierende Protein IQGAP1 [191]. Ein NLRC3-Mangel in murinen BMDMs und MEFs führt zu einer höheren DNA- und HSV1--induzierten Typ-I-IFN-, IL-6- und TNF-Produktion. Folglich zeigen mit HSV1 infizierte Nlrc3-/-Mäuse eine verringerte Morbidität und Viruslast [149]. NLRC3 könnte auch eine Rolle bei der RIG-I-induzierten IFN-Reaktion spielen [192], die vorherrschende Wirkung liegt jedoch auf dem cGAS-induzierten Signalweg [149].

Die negative Regulierung der TLR-Signalübertragung durch NLRC3 wird durch die Bildung eines Komplexes mit TRAF6 vermittelt, und es wurde vorgeschlagen, dass zelluläre Komplexe von TRAFs mit regulatorischen NLRs, sogenannte „TRAFasomes“, existieren, die als regulatorische Plattformen fungieren [186]. Es bleibt abzuwarten, ob ein solches Szenario auch zur Regulierung der Interferonwege durch NLRC3 beitragen könnte.

Neben seiner Funktion als negativer Regulator kann NLRC3 doppelsträngige virale DNA über seinen LRR mit hoher Affinität binden, was zu einer Steigerung seiner ATPase-Aktivität des NBD um das 10--fache führt. Die Bindung von ATP verringert die Wechselwirkung des NBD mit STING, was zur Aktivierung des Typ-I-IFN-Signalwegs führt [193].

2.3. NLRC5

NLRC5 ist Teil eines bestimmten Satzes von NLRs, die als Transkriptionsregulatoren von MHC-Klasse-I- und -Klasse-II-Genen fungieren [114,151,194]. Sowohl NLRC5 als auch CIITA binden über denselben Multiprotein-DNA-Bindungskomplex an ihre jeweiligen Transkriptionsziele in MHC-Promotorregionen [115,117,195,196]. NLRC5 wird konstitutiv in einem breiten Spektrum lymphoider Organe und Barrieregewebe wie der Lunge und dem Magen-Darm-Trakt exprimiert, die ein Einfallstor für mehrere Krankheitserreger sind [114,151,194]. Die Expression von NLRC5 und die anschließende MHC-Klasse-I-Genexpression können durch Stimulation mit IFN- [114,151,194,197] verstärkt werden.

Bei der ersten Charakterisierung von NLRC5 wurde berichtet, dass es die Transkription von ISRE- und GAS-Reporterelementen beeinflusst, während eine Überexpression von NLRC5 zu erhöhten IFN-mRNA-Spiegeln in HeLaS3-Zellen führte. Diese Ergebnisse wurden durch siRNA-vermittelten Knockdown bestätigt [114] und wir zeigten, dass in THP-1-Zellen und primären dermalen Fibroblasten der siRNA-Knockdown von NLRC5 die IFN- und CXCL10-Induktion bei einer SeV-Infektion reduziert [151]. Es wurde gezeigt, dass NLRC5 die Replikation des Influenza-A-Virus (IAV) in der Lungenepithelzelllinie A549 hemmt und die RIG-I- und Typ-I-IFN-Transkription erhöht [152].

Die Wechselwirkung zwischen NLRC5 und RIG-I wurde unabhängig von Cui et al. bestätigt. Diese Autoren berichteten jedoch über einen negativen Effekt der NLRC5-Überexpression auf die Typ-I-IFN-Luciferase-Reporteraktivierung durch Poly(I:C) [153]. Inzwischen wurde gezeigt, dass der Abbau von NLRC5 in mehreren verschiedenen Zelllinien zu erhöhten IFN-Reaktionen entweder auf eine Poly(I:C)-Behandlung oder eine VSV-Infektion führt [153]. Die Regulierung der IFN-Aktivierung durch NLRC5 bleibt jedoch umstritten [151]. Bemerkenswert ist, dass Nlrc5-/−-Mäuse, bei denen Exon 4 angegriffen wurde, im Vergleich zu Wildtyp-Tieren weder veränderte Basal- noch Poly(I:C)-induzierte IFN-Serumspiegel zeigten [154]. Dem stehen Studien mit einem anderen NLRC5-Knockout-Mausmodell gegenüber, bei dem Exon 8 als Ziel ausgewählt wurde. Eine Ex-vivo-Stimulation mit VSV oder Poly(I:C) sowie eine systemische Belastung mit VSV führten zu höheren IFN-Werten und einer stärkeren Phosphorylierung von IRF3 [155].

Während die Rolle von NLRC5 als Schlüsselregulator der MHC-Klasse-I-Genregulation gut belegt ist, scheint die Rolle von NLRC5 bei Typ-I-IFN-Antworten stark vom Zelltyp und dem Organismuskontext abzuhängen [156]. Dies wird durch die Beobachtung gut veranschaulicht, dass der Abbau von NLRC5 die RIG-I-induzierte antivirale IFN-Reaktion in pDCs erhöht, während er in moDCs nicht denselben Signalweg beeinflusst. Interessanterweise unterscheiden sich diese beiden Zelltypen in ihrem Basalexpressionsniveau von NLRC5 [143], was auf einen unterschiedlichen Beitrag von NLRC5 zur IFN-Kontrolle in diesen Zelltypen hindeutet. Neben seiner Rolle bei der Antigenpräsentation ist es plausibel, dass NLRC5 neben seiner Rolle bei der Antigenpräsentation weitere Rollen bei der antiviralen Immunität im Zusammenhang mit der angeborenen Erkennung von Viren spielt, wie einige der oben diskutierten Studien nahelegen.

2.4. NLRP2

Beim Menschen wird NLRP2 vorwiegend im Gehirn, in der Bauchspeicheldrüse, in den Nieren und im Fortpflanzungsgewebe wie Hoden und Plazenta exprimiert [157,198,199]. In Immunzellen wird NLRP2 in Makrophagen als Reaktion auf das B-DNA-Analogon dAdT sowie in T-Zellen durch Aktivierung von RIG-I hochreguliert [198]. Es bestehen Unterschiede zwischen Maus- und menschlichen Zellpopulationen. Im Gegensatz zu menschlichen Zellen wird NLRP2 in Maus-CD3-plus-T-Zellen bei der RNA- und DNA-Erkennung nicht hochreguliert, während in Maus-CD14-plus-myeloischen Zellen die RNA-Erkennung zu einer erhöhten Expression von NLRP2 führt [198]. Es wurde gezeigt, dass die NLRP2-Proteinspiegel durch IFN-, IFN- und LPS-Behandlung in makrophagenartig differenzierten menschlichen THP-1-Zellen hochreguliert werden, wohingegen die CpG-Behandlung keinen Einfluss auf die NLRP2-Proteinspiegel hatte [157]. Unter den Zytokinen, die die NLRP2-Expression regulieren, ermöglicht die gleichzeitige Behandlung mit IFN- und TNF- eine nicht-kanonische Aktivierung des Inflammasoms durch intrazelluläres LPS in Gehirnperizyten [158].

Im Hinblick auf die IFN-Regulation vom Typ I kann NLRP2 TBK1 binden, was zu einer gestörten Interaktion mit IRF3 führt, was zu einer verringerten IFN-Produktion führt [159], obwohl dies derzeit eine einzigartige Beobachtung ist.

2.5. NLRP4

NLRP4 wurde erst kürzlich untersucht. Obwohl NLRP4 ein PYD enthält, interagiert es nicht mit dem Inflammasom-Adapterprotein ASC [200] und beeinflusst die IL1-Sekretion nicht [201]. Es wurde beschrieben, dass es die Bildung des Autophagosoms und der autophagischen Prozesse reguliert [201,202] und die NF-κB-Reaktion negativ reguliert [163,203]. Darüber hinaus wurde beschrieben, dass NLRP4 eine Rolle in der Embryonalentwicklung spielt [204]. Es wird in menschlichen Eizellen und frühen Embryonen exprimiert [205], und sieben Genkopien von Nlrp4 werden in murinen Eizellen exprimiert [206–208]. Der Abbau von Nlrp4e in murinen Eizellen führt zu einem Entwicklungsstillstand zwischen dem 2-- und dem 8--Zellstadium [204].

NLRP4 unterdrückt Typ-I-IFN-Antworten, indem es auf TBK1 für den Abbau abzielt. Dies wird durch die Rekrutierung der deletierten E3-Ubiquitin-Ligase 4 (DTX4) vermittelt. NLRP4 interagiert mit der Kinasedomäne von phosphoryliertem TBK1, was die K48--verknüpfte Polyubiquitinierung von TBK1 am Lysinrest 670 durch DTX4 erleichtert [164]. Dieser Abbau könnte durch einen Signalosomenkomplex vermittelt werden, der NLRP4, Ubiquitin-spezifische Peptidase 38 (USP38), DTX4, TRAF-interagierendes Protein (TRIP) und möglicherweise einige Phosphatasen umfasst, die noch identifiziert werden müssen. Bei einer Virusinfektion wird TBK1 aktiviert, was zu seiner K63-- und K{19}}-verknüpften Ubiquitinierung führt. Die Bildung dieses Komplexes führt zur Bearbeitung der K33--verknüpften Ubiquitinierung am Lysinrest 670 bei TBK1 und zu deren Ersatz durch K48--verknüpfte Polyubiquitinierung [165].

Dies ist jedoch möglicherweise nicht der einzige Weg, da festgestellt wurde, dass die durch die Tyrosinphosphorylierung regulierte Kinase 2 mit doppelter Spezifität (DYRK2) zum NLRP4-vermittelten Abbau von TBK1 beiträgt [166]. DYRK2 phosphoryliert TBK1 am Serinrest 527, was für die Rekrutierung von NLRP4 essentiell ist und die Interaktion der beiden Proteine ​​verstärkt. Dies fördert die K48--verknüpfte Polyubiquitinierung von TBK1. Die Autoren vermuten, dass DYRK2 den Abbau von TBK1 durch den NLRP4-DTX4-Nexus verstärkt [166]. In Herzmuskelzellen von Ratten wurde über dosisabhängig verringerte TBK1- und IRF3-Spiegel bei Überexpression von NLRP4 berichtet [163].

Über die physiologische Funktion von NLRP4 wissen wir noch sehr wenig. Der Zusammenhang zwischen dem Abbau von NLRP4-Isoformen und einem Entwicklungsdefekt in Eizellen könnte auf mangelnde Toleranz gegenüber väterlicher DNA zurückzuführen sein, wie für NLRP14 gezeigt wurde (siehe unten). Die aus den oben zusammengefassten Studien gesammelten Daten legen nahe, dass ein Schlüsselmechanismus von NLRP4 die Kontrolle der Halbwertszeit von TBK1 durch proteasomalen Abbau ist.

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