Mecanismos y dianas terapéuticas del inflamasoma NLRP3 en la miocardiopatía diabética / NLRP3 inflammasome mechanism and therapeutic targets in diabetic cardiomyopathy

Resumen La cardiomiopatía diabética es una complicación grave de la diabetes causada por estrés oxidativo, inflamación, resistencia a la insulina, fibrosis miocárdica y lipotoxicidad. Se trata de un padecimiento insidioso, complejo y difícil de tratar. El inflamasoma NLRP3 desencadena la maduración y liberación de citoquinas proinflamatorias, participa en procesos fisiopatológicos como la resistencia a la insulina y la fibrosis miocárdica, además de estar estrechamente relacionado con la aparición y progresión de la cardiomiopatía diabética. El desarrollo de inhibidores dirigidos a aspectos específicos de la inflamación sugiere que el inflamasoma NLRP3 puede utilizarse para tratar la cardiomiopatía diabética. Este artículo pretende resumir el mecanismo y las dianas terapéuticas del inflamasoma NLRP3 en la cardiomiopatía diabética, así como aportar nuevas sugerencias para el tratamiento de esta enfermedad.

Abstract Diabetic cardiomyopathy (DCM) is a serious complication of diabetes caused by oxidative stress, inflammation, insulin resistance, myocardial fibrosis, and lipotoxicity; its nature is insidious, complex and difficult to treat. NLRP3 inflammasome triggers the maturation and release of pro-inflammatory cytokines, participates in pathophysiological processes such as insulin resistance and myocardial fibrosis, in addition to being closely related to the development and progression of diabetic cardiomyopathy. The development of inhibitors targeting specific aspects of inflammation suggests that NLRP3 inflammasome can be used to treat diabetic cardiomyopathy. This paper aims to summarize NLRP3 inflammasome mechanism and therapeutic targets in diabetic cardiomyopathy, and to provide new suggestions for the treatment of this disease.

Trans-palmitoleic acid does not modify the inflammasome expression in a rodent model of diet-induced obesity / El ácido trans-palmitoléico no modifica la expresión del inflamasoma en un modelo murino de obesidad inducida por dieta

Abstract Background: Metabolic disorders such as obesity and type 2 diabetes (T2D) coincide with an increased expression of pro-inflammatory factors. The NLRP3 inflammasome is a complex that activates the pro-inflammatory cytokine IL-1β. (NOD-like receptor protein 3). Some nutrients, such as fatty acids, influence inflammatory processes. For example, in clinical studies, higher trans-palmitoyl acid (TP) concentrations coincide with lower adiposity and lower risk of developing T2D. This study aims to evaluate the effect of TP on NLRP3 expression in a rodent model of diet-induced obesity (DIO). Methods: C57BL/6J mice were fed ad libitum with a control or a high-fat diet (HFD), added with or without TP (3 g/kg diet), for 11 weeks. IL-1β was quantified in serum, and NLRP3-related gene expression was explored in epididymal adipose tissue. Results: Despite increased weight gain in both high-fat groups, the high-fat TP group gained less weight than the high-fat group. In addition, NLRP3 and caspase-1 expression was higher in the HFD groups, but no differences were observed between the HFD and the HFD TP groups. Serum IL-1β levels were not different among groups. Conclusions: Diet supplementation with TP prevents weight gain and has a neutral influence over NLRP3 expression and IL-1β concentration in a DIO mice model.

Resumen Introducción: Las alteraciones metabólicas como la obesidad y diabetes tipo 2 (DT2) coinciden con la expresión aumentada de factores proinflamatorios. Un complejo que induce la activación de la citocina proinflamatoria IL-1β es el inflamasoma NLRP3 (NOD-like receptor protein 3). Algunos nutrimentos, como los ácidos grasos, influencian los procesos inflamatorios. Por ejemplo, en estudios clínicos, mayores concentraciones del ácido trans-palmitoléico (TP) coinciden con una menor adiposidad y un menor riesgo de desarrollar DT2. El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto del TP sobre la expresión del inflamasoma NLRP3 en un modelo de obesidad inducida por dieta (OID) en roedores. Métodos: Se alimentaron ratones C57BL/6J ad libitum con una dieta control o alta en lípidos (AL), adicionada o no con TP (3 g/kg dieta), durante 11 semanas. Se cuantificó la concentración de IL-1β en elsuero de los animales, y en el tejido adiposo epididimal se midió la expresión de los componentes del inflamasoma. Resultados: A pesar del aumento de peso en ambos grupos de dieta con alto contenido en lípidos, el grupo alto en lípidos TP ganó menos peso que el grupo AL. Por otro lado, la expresión de genes del inflamasoma resultó mayor en los grupos AL, pero no se encontraron diferencias entre los grupos AL y AL TP. Además, no se observaron diferencias en la concentración de IL-1β en suero entre grupos. Conclusiones: La dieta suplementada con TP previno el aumento del peso corporal, pero no modificó la expresión de los componentes del inflamasoma ni la concentración de IL-1β en suero.

Effects of nitric oxide on C2C12 cell inflammatory responses and notexin-induced muscle injury / Efectos del óxido nítrico en las respuestas inflamatorias de las células C2C12 y la lesión muscular inducida por notexina

SUMMARY: Skeletal muscle injury is an acute inflammatory condition caused by an inflammatory response. To reduce inflammatory cell infiltration and relieve skeletal muscle injury, efficient treatment is urgently needed. Nitric oxide is a free radical molecule reported to have anti-inflammatory effects. In this study, we showed that NO could inhibit the inflammatory response of C2C12 cells in vitro and protect rat skeletal muscle injury from notexin in vivo. NO synthase inhibitor (L-NG-Nitroarginine Methyl Este?L-NAME) and NO donor (sodium nitroprusside dehydrate ?SNP) were used to explore the vital role of lipopolysaccharides (LPSs) in LPS-stimulated C2C12 myoblasts.The expression of IL-18 and IL-1b was upregulated by L-NAME and downregulated by SNP, as indicated by the ELISA results. NO can reduce ASC, Caspase-1, and NLRP3 mRNA and protein levels. Furthermore, NO was detected in the rat model. The results of immunohistochemical staining showed that the production of DMD decreased. We conducted qRT-PCR and western blotting to detect the expression of Jo-1, Mi-2, TLR2, and TLR4 on day 6 post injury following treatment with L-NAME and SNP. The expression of Jo-1, Mi-2, TLR2, and TLR4 was upregulated by L-NAME and significantly reversed by SNP. NO can alleviate C2C12 cell inflammatory responses and protect rat skeletal muscle injury from notexin.

RESUMEN: La lesión del músculo esquelético es una afección inflamatoria aguda causada por una respuesta inflamatoria. Para reducir la infiltración de células inflamatorias y aliviar la lesión del músculo esquelético es necesario un tratamiento eficaz. El óxido nítrico es una molécula de radicales libres que tiene efectos antiinflamatorios. En este estudio, demostramos que el ON podría inhibir la respuesta inflamatoria de las células C2C12 in vitro y proteger la lesión del músculo esquelético de rata de la notexina in vivo. El inhibidor de ON sintasa (L-NG-nitroarginina metil este, L-NAME) y el donante de ON (nitroprusiato de sodio deshidratado, SNP) se utilizaron para explorar el papel vital de los lipopolisacáridos (LPS) en los mioblastos C2C12 estimulados por LPS. La expresión de IL- 18 e IL-1b fue regulada positivamente por L-NAME y regulada negativamente por SNP, como indican los resultados de ELISA. El ON puede reducir los niveles de proteína y ARNm de ASC, Caspasa-1 y NLRP3. Además, se detectó ON en el modelo de rata. Los resultados de la tinción inmunohistoquímica mostraron que disminuyó la producción de DMD. Realizamos qRT-PCR y transferencia Western para detectar la expresión de Jo-1, Mi-2, TLR2 y TLR4 el día 6 después de la lesión después del tratamiento con L-NAME y SNP. La expresión de Jo-1, Mi-2, TLR2 y TLR4 fue regulada positivamente por L- NAME y significativamente revertida por SNP. El ON puede aliviar las respuestas inflamatorias de las células C2C12 en ratas, y proteger la lesión del músculo esquelético de la notexina.

Síndromes periódicos asociados a criopirina: etiopatogenia, características clínicas, diagnóstico y tratamiento / Cryopiryn-associated peryodic syndrome: etiopathogenesis, clinical features, diagnosis and treatment

Los desórdenes autoinflamatorios monogénicos comprenden un grupo de enfermedades caracterizadas por episodios recurrentes y espontáneos de fiebre e inflamación sistémica, en ausencia de infección, autoanticuerpos o células T específicas para antígenos propios (autorreactivas). Estas condiciones se deben a mutaciones en genes que codifican para proteínas que son claves en la regulación de la respuesta inflamatoria innata y se consideran como inmunodeficiencias primarias. Las enfermedades que comprenden estos síndromes representan un espectro clínico de diferentes mutaciones, con ganancia de función, de un gen denominado NLRP3 o CIAS1 que codifica para la proteína criopirina, de ahí que estos desórdenes sean también conocidos con el nombre de criopirinopatías. Dentro de estos se encuentran los síndromes periódicos asociados a criopirina que incluyen tres enfermedades: el síndrome autoinflamatorio familiar inducido por frío; el síndrome de Muckle-Wells y el síndrome crónico, infantil, neurológico, cutáneo y articular. Clínicamente se caracterizan por rash tipo urticariano, fiebre periódica, inflamación a nivel del sistema nervioso central, artropatía, manifestaciones oculares y riesgo de amiloidosis como complicación a largo plazo. La función clave de la criopirina en la liberación de la IL-β sugiere el criterio racional de implementar terapias anti-IL-1 para el tratamiento de estos síndromes. La administración de drogas como anakinra, canakinumab y rilonacept muestra un efecto marcado sobre el control de las manifestaciones inflamatorias, clínicas y de los parámetros de laboratorio en estos síndromes. Se describe la etiopatogenia de estas entidades, sus principales características clínicas, el diagnóstico y el tratamiento(AU)

Monogenic autoinflammatory disorders encompass a group of diseases characterized by spontaneous and recurring fever and systemic inflammation in the absence of infection, autoantibodies or specific T cells for self antigens (self-reactive). These conditions are caused by mutations in genes encoding proteins that play a key role in the regulation of innate inflammatory response and are considered primary immunodeficiencies. Diseases comprising these syndromes represent a different clinical spectrum of mutations, with gain of function of a gene called NLRP3 or CIAS1 encoding cryopyrin protein, hence these disorders are also known under the name cryopyrinpathies. Among these are the cryopyrin-associated periodic syndrome which include three conditions: familial cold autoinflammatory syndrome; Muckle-Wells syndrome and chronic infantile neurological, cutaneous and articular syndrome. In clinical terms, it is characterized by urticarial rash, periodic fever, inflammation of central nervous system (CNS), arthropathy, ocular manifestations and risk of amyloidosis as a long-term complication. The key role of cryopirin in the release of IL-β suggests rational approach to implement anti-IL-1 therapy for the treatment of these syndromes. The administration of drugs such as anakinra, canakinumab, and rilonacept shows a marked effect on the control of inflammatory manifestations, as well as clinical and laboratory parameters in these syndromes effect. The pathogenesis of these entities, as well as their main clinical features, diagnosis and treatment are described(AU)

Regulación del inflamasoma NLRP3: bioquímica y más allá de ella / Regulation of NLRP3 inflammasome: Biochemistry and beyond / Regulação do inflamassoma NLRP3: bioquímica e além dela

La inmunidad innata responde a la infección y al daño tisular activando una plataforma molecular denominada inflamasoma. En las investigaciones clínicas con humanos, se han descrito cuatro clases de inflamasomas relacionados con procesos inflamatorios: NLRP1, NLRC4, NLRP3 y AIM-2. De ellos, NLRP3 es el mejor estudiado. Los inflamasomas tienen como finalidad común el procesamiento y activación de la caspasa-1, enzima responsable de la maduración de pro-IL-1β y pro-IL-18. El control génico y la regulación bioquímica de esta plataforma son fundamentales para evitar el desarrollo de enfermedades inmunológicas, metabólicas y neurológicas. Algunos de los mecanismos más importantes en la modulación de la actividad del inflamasoma son: los polimorfismos en los genes codificadores de las proteínas del inflamasoma, la ubiquitinación, la regulación redox, la concentración de ATP y la señalización paracrina mediante factores de transcripción e interleucinas. Existe, además, otro tipo de regulación que se ejerce por mecanismos epigenéticos como la metilación y la expresión de micro-ARN. En conjunto, estos mecanismos son indispensables para la expresión coordinada y el funcionamiento correcto de estas plataformas moleculares ante un determinado patógeno o daño celular. Las investigaciones sobre los diversos componentes de los inflamasomas y su inhibición controlada están esclareciendo aspectos que permitirán controlar enfermedades asociadas con estos complejos moleculares.

Innate immunity responds to infectious agents and tissue injury with a multiproteic molecular platform named inflammasome. A large number of investigations have described four inflammasome types related to inflammatory processes in humans: NLRP1, NLRC4, NLRP3 y AIM-2. NLRP3 is a key sensor molecule in the inflammasome activity that is directed to the activation of caspase-1, the enzyme responsible for the transformation of pro-IL-1β and pro-IL-18 to their mature active forms. Genetic control and biochemical regulation of this platform are necessary for the prevention of immunologic, metabolic and neurological diseases. Polymorphisms of the genes that codify for the proteins of the inflammasome, ubiquitination, redox regulation, ATP concentration and signaling via transcription factor and interleukins are key players in the modulation of inflammasome activity. In addition, regulation is also accomplished by epigenetic mechanisms such as methylation and the expression of microRNAs. All these mechanisms are indispensable for the coordinated expression and normal functioning of these platforms in response to a pathogenic agent or cellular damage. Investigation on the various inflammasome components and their controlled inhibition are clarifying aspects that should permit to control disease conditions related to these molecular complexes.

A imunidade inata responde à infecção e ao dano teciduais ativando uma plataforma molecular denominada inflamassoma. Nas investigações clínicas com humanos, descreveram-se quatro classes de inflamassomas relacionados com processos inflamatórios: NLRP1, NLRC4, NLRP3 e AIM-2. Deles, NLRP3 é o melhor estudado. Os inflamassomas têm como finalidade comum o processamento e ativação da caspase-1, enzima responsável da maturação de pró- IL-1β e pró-IL-18. O controle genético e a regulação bioquímica desta plataforma são fundamentais para evitar o desenvolvimento de doenças imunológicas, metabólicas e neurológicas. Alguns dos mecanismos mais importantes na modulação da atividade do inflamassoma são: os polimorfismos nos genes codificadores das proteínas do inflamassoma, a ubiquitinação a regulação redox, a concentração de ATP e a sinalização parácrino mediante fatores de transcrição e interleucinas. Existe, ademais, outro tipo de regulação que se exerce por mecanismos epigenéticos como a metilação e a expressão de micro-RNA. Em conjunto, estes mecanismos são indispensáveis para a expressão coordenada e o funcionamento correto destas plataformas moleculares ante um determinado patogênico ou dano celular. As investigações sobre os diversos componentes dos inflamassomas e sua inibição controlada estão esclarecendo aspectos que permitirão controlar doenças associadas com estes complexos moleculares.

El inflamasoma: mecanismos de activación / Inflammasome: activation mechanisms

La inflamación es una respuesta biológica rápida del sistema inmune en tejidos vasculares, dirigida a eliminar estímulos capaces de producir daño y a iniciar la curación y la reparación. Los complejos macromoleculares denominados inflamasomas están constituidos por un receptor NOD (NLR), un receptor de AIM2 (ausente en melanoma 2) el ALR, la proteína tipo punto asociada a apoptosis (ASC) y la procaspasa-1, los cuales pueden ser activados por variación en la concentración iónica y de ATP intracelular y extracelular, por desestabilización del fagolisosoma, por internalización de cristales insolubles y por mecanismos de oxidoreducción, lo cual permitirá la activación de la plataforma molecular y el consiguiente procesamiento de las prointerleuquinas inflamatorias a sus formas activas. En la actualidad existen dos nodos de señalización utilizados por los inflamasomas: canónica y no canónica para generar respuestas efectoras. Datos recientes vinculan al inflamasoma NLRP3, la IL-1b y a la IL-18, en el desarrollo y evolución de enfermedades tales como: ateroesclerosis, diabetes tipo II, hiperhomocisteinemia, gota, malaria e hipertensión arterial e identificaron esta cascada, como un blanco quimioterapéutico ideal para la prevención de estas patologías. En esta revisión se discutirán los mecanismos de activación y regulación del inflamasoma que estimulan, modulan y resuelven los procesos inflamatorios.

Inflammation is a rapid biologic response of the immune system in vascular tissues, directed to eliminate stimuli capable of causing damage and begin the process of repair. The macromolecular complexes known as “inflammasomes” are formed by a receptor, either NOD (NLR) or ALR, the receptor absent in melanoma 2 (AIM2). In addition, the inflammasome is formed by the speck-like protein associated to apoptosis (ASC) and procaspase-1, that may be activated by variations in the ionic and intracellular and extracellular ATP concentrations; and the loss of stabilization of the fagolisosomme by internalization of insoluble crystals and redox mechanisms. As a result, there is activation of the molecular platform and the processing of inflammatory prointerleukins to their active forms. There are two modalities of activation of the inflammasome: canonical and non-canonical, both capable of generating effector responses. Recent data associate NLRP 3, IL-1b and IL-18 in the pathogenesis of a variety of diseases, including atherosclerosis, type II diabetes, hyperhomocysteinemia, gout, malaria and hypertension. The inflammasome cascade is emerging as a new chemotherapeutic target in these diseases. In this review we shall discuss the mechanisms of activation and regulation of the inflammasome that stimulate, modulate and resolve inflammation.

Activación y regulación del inflamasoma NLRP3 en las enfermedades infecciosas / Activation and regulation of inflammasome NLRP3 in infectious diseases

La inflamación es una respuesta inmune frente a los agentes infecciosos y las señales moleculares de peligro, de estrés celular o que son producto del daño tisular. Muchos receptores de la inmunidad innata participan en la respuesta inflamatoria e inducen la activación transcripcional para la producción de una gran cantidad de citocinas, quimiocinas y otros mediadores inflamatorios. Sin embargo, las citocinas de la familia IL-1β son excepcionales, porque no solo requieren la activación transcripcional, sino también un procesamiento proteolítico para generar las citocinas con actividad biológica. Este paso es la activación mediada por la caspasa-1, que a su vez es controlada por varios complejos multimoleculares citosólicos denominados inflamasomas. El inflamasoma NLRP3 puede ser activado por material agregado o cristalino (partículas) y por varios microorganismos o toxinas derivadas de estos; sin embargo, aún no se entienden completamente sus mecanismos de activación. La importancia de este complejo de señalización innata se manifiesta por la existencia de varios mecanismos que regulan la activación de NLRP3 a diferentes niveles. En este artículo se revisan dichos mecanismos.

Inflammation is an immune response to infectious agents and to signals that arise from host molecules in stress situations or after tissue damage. Many innate immune receptors take part in the inflammatory response and induce transcriptional activation leading to the production of a host of cytokines, chemokines and other inflammatory mediators. The IL-1β cytokines are exceptional in that they not only require transcriptional activation but also a proteolytic processing into biologically active cytokines. This activation step is mediated by caspase-1, which in turn is controlled by cytosolic multimolecular complexes named inflammasomes. The NLRP3 inflammasome responds to aggregated or crystalline material, as well as to microbes or pore-forming toxins, but activation mechanisms are not fully understood. The importance of this innate signaling complex is highlighted by the existence of several mechanisms that regulate NLRP3 activation at different levels. In this article we review such mechanisms.