Mechanismen der Inflammasom-Aktivierung durch Listeria monocytogenes

Abstract

Verschiedene Nod-like Rezeptoren sowie das kürzlich identifizierte HIN200-Protein AIM2 bilden Multiproteinkomplexe, welche als Inflammasome bezeichnet werden. Inflammasome vermitteln die Caspase-1-abhängige Prozessierung von pro-L-1beta und stellen kritische Komponenten des angeborenen Immunsystems dar. Listeria monocytogenes ist ein intrazelluläres Pathogen, welches von Monozyten und Makrophagen phagozytiert wird und mit Hilfe des porenformenden Toxins LLO in das Zellzytosol entkommt. In der vorliegenden Arbeit wurden die Mechanismen der Inflammasom-Aktivierung in humanen Monozyten und murinen Makrophagen nach Infektion mit L. monocytogenes näher charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass humane Monozyten und murine Makrophagen reifes IL-1beta freisetzen nach Infektion mit L. monocytogenes oder nach Stimulation mit aufgereinigtem LLO. Dahingegen produzierten humane Monozyten nur sehr wenig IL-1beta, wenn sie infiziert wurden mit der avirulenten L. innocua oder mit L. monocytogenes-Mutanten, welche kein LLO bzw. ein nicht-porenbildendes LLO exprimieren. RNAi- und Inhibitor-Experimente in humanen Monozyten sowie Experimente mit Nlrp3 Knock- Out Makrophagen zeigten, dass die IL-1beta-Produktion abhängig ist von den Inflammasom-Komponenten Caspase-1, ASC und NLRP3. Dahingegen konnte keine essentielle Bedeutung von NLRC4, NLRP1, NOD2, AIM2, NLRP6 und NLRP12 nachgewiesen werden. Inhibitor-Experimente mit L. monocytogenes-infizierten oder LLO-stimulierten humanen Monozyten und murinen Makrophagen zeigten zudem, dass die Listerien-induzierte IL-1beta-Produktion abhängig ist von einem K+-Efflux sowie der phagolysosomalen Ansäuerung und Cathepsin B. Zusammenfassend wird das NLRP3-Inflammasom in der Listerieninfektion LLO- abhängig aktiviert. Hauptsächlich scheint eine LLO-vermittelte Phagolysosomenzerstörung und Freisetzung von Cathepsin B das NLRP3-Inflammasom zu stimulieren. Zusätzlich scheint es zu einer Cathepsin B-unabhängigen, möglicherweise direkten Erkennung von LLO durch NLRP3 zu kommen.

Different NOD-like receptors, including NLRP1, NLRP3 and NLRC4, as well as the recently identified HIN-200 protein AIM2 form multiprotein complexes called inflammasomes, which mediate caspase-1-dependent processing of pro-IL-1beta. Listeria monocytogenes is an intracellular pathogen that is actively phagocytosed by monocytes/macrophages and subsequently escapes from the phagosome into the host cell cytosol depending on its pore-forming toxin listeriolysin O (LLO). This study demonstrates that human PBMCs produced mature IL-1beta when infected with wildtype L. monocytogenes or when treated with purified LLO. L. monocytogenes mutants lacking LLO or expressing a non- cytolytic LLO as well as the avirulent L. innocua induced strongly impaired IL-1beta production. RNAi and inhibitor experiments in human PBMCs as well as experiments in Nlrp3 Knock-Out BMMs demonstrated that the Listeria-induced IL- 1beta release was dependent on ASC, caspase-1 and NLRP3, whereas NLRC4, NLRP1, NOD2, AIM2, NLRP6 and NLRP12 appeared to be dispensable. It is shown that L. monocytogenes-induced IL-1beta production was largely dependent on phagosomal acidification and cathepsin B release, whereas purified LLO activated an IL- 1beta production independently of these mechanisms. Furthermore, L. monocytogenes-induced as well as LLO-induced IL-1beta production was dependent on a K+-efflux. The results of this study indicate that L. monocytogenes- infected human PBMCs produced IL-1beta largely depending on a LLO-mediated phagosomal rupture and cathepsin B release which is sensed by NLRP3. In addition, a LLO-dependent but cathepsin B-independent NLRP3 activation might contribute to a small part to the IL-1beta production in L. monocytogenes- infected cells.