Das Immunsystem besitzt die herausragende Fähigkeit anhand evolutionär konservierter, pathogen-assoziierter Muster zwischen körpereigenen und fremden Strukturen zu unterscheiden. Die Detektion von Mikroorganismen löst eine skalierte Immunreaktion aus, die von einer Reihe von Faktoren abhängig ist. Im Falle einer Infektion mit Bakterien spielen dabei unter anderem die Virulenz, die Lokalisation der Infektion als auch die Lebendigkeit der Bakterien eine Rolle. Sander et al. konnten 2011 zeigen, dass murine Makrophagen die Vitalität von Bakterien anhand ihrer RNA erkennen und daraufhin das NLRP3-Inflammasom aktivieren. Dieses ist ein zytosolischer Proteinkomplex, welcher eine Reihe von endogenen und exogenen Stimuli erkennt und unter anderem die Vorstufe von IL-1β in seine aktive Form überführt. Die Mechanismen der Inflammasomaktivierung durch lebende Bakterien in humanen Monozyten sind jedoch unklar. Wir fanden eine NLRP3-abhängige IL-1β Produktion, jedoch zeigte die NLRP3-Aktivierung durch lebende E. coli in humanen Monozyten keine Merkmale der kanonischen Inflammasomaktivierung, wie Abhängigkeit von der extrazellulären Kaliumkonzentration, Pyroptose und die Aggregation sogenannter Pyroptosome. Stattdessen ähnelt der Prozess einer kürzlich beschriebenen durch Toll-like Rezeptor 4 (TLR4) ausgelösten alternativen Inflammasomaktivierung. Wir untersuchten daraufhin die zugrundeliegenden Mechanismen und die involvierten Rezeptor- und Adaptermoleküle. Dazu verwendeten wir neben primären Monozyten die humane BlaER1-Zelllinie, die nach Transdifferenzierung einen monozytären Phänotyp annimmt und in welcher die Existenz des alternativen Inflammasoms zum ersten Mal beschrieben wurde. Wir konnten zeigen, dass die alternative Inflammasomaktivierung durch bakterielle RNA ausgelöst wird. Die Inflammasom-aktivierung und IL-1β Freisetzung durch lebende E. coli wird vermittelt durch NLRP3, ASC und Caspase-1. Während die Induktion von IL-1β durch tote E. coli TLR4 benötigte und damit auf das LPS zurückzuführen ist, aktivierten lebende E. coli über ihre RNA zusätzlich einen Signalweg über den RNA-Rezeptor TLR8 und das Adaptermolekül MyD88. Diese Befunde stellen erneut die Rolle von TLR8 für die Erkennung von mikrobieller Vitalität heraus. Die Aktivierung von RNA-Rezeptoren wie TLR8 ist somit ein zentraler Mechanismus in der angeborenen Immunantwort gegen lebende Mikroorganismen.
The immune system has the outstanding ability to distinguish between endogenous and foreign structures based on evolutionarily conserved pathogen-associated patterns. The detection of microorganisms triggers a scaled immune response that depends on a number of factors. In case of bacterial infection, virulence, localization of the infection as well as bacterial viability play a role among others. In 2011, Sander et al. showed that murine macrophages recognize the viability of bacteria by their RNA and subsequently activate the NLRP3 inflammasome. This is a cytosolic protein complex that recognizes a range of endogenous and exogenous stimuli and as a result converts the precursor of IL-1β into its active form. However, the mechanisms of inflammasome activation by live bacteria in human monocytes remain unclear. We found NLRP3-dependent IL-1β production, but NLRP3 activation by live E. coli in human monocytes did not show features of canonical inflammasome activation, such as dependence on extracellular potassium concentration, pyroptosis, and aggregation of so-called pyroptosomes. Instead, the process resembles a recently described alternative inflammasome activation via Toll-like receptor 4 (TLR4). Consequently, we investigated the underlying mechanisms and the receptor and adaptor molecules involved. For this purpose, in addition to primary monocytes, we used the human BlaER1 cell line, which assumes a monocytic phenotype after transdifferentiation and in which the existence of the alternative inflammasome was described for the first time. We demonstrated that alternative inflammasome activation is triggered by bacterial RNA. Inflammasome activation and IL-1β release by live E. coli is mediated by NLRP3, ASC, and Caspase-1. Whereas the induction of IL-1β by heat-killed E. coli required TLR4 and was thus due to the LPS, live E. coli additionally activated a signaling pathway via the RNA receptor TLR8 and the adaptor molecule MyD88. These findings again highlight the role of TLR8 in the recognition of microbial viability. The activation of RNA receptors such as TLR8 is a central mechanism in the innate immune response against living microorganisms.
