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infiammazione. Continuiamo il discorso sui Pattern Recognition Receptors. Oggi affronteremo i recettori citoplasmatici. Come abbiamo già visto in precedenza, i recettori del pattern possono essere solubili, di membrana e citoplasmatici. Questi ultimi, ovviamente, saranno implicati nella percezione di fenomeni che avvengono all'interno della cellula.
La prima famiglia che andiamo ad analizzare è la famiglia NOD-like, un insieme di recettori che sono simili alla proteina NOD. Il primo sottogruppo di NOD-like che vediamo è appunto la famiglia NOD. La famiglia NOD conta due membri: NOD1 e NOD2. Essi si sono composti da un dominio ricco in leucina, molto simile a quello dei Toll-like, da un dominio NACHT e da un CARD (Caspase Activation and Recruitment Domain) per NOD1 e da due CARD per NOD2.
NOD1 è capace di percepire la presenza dell'acido gamma-diammino-pirimidico, un composto che si trova nelle pareti sia dei Gram-negativi che di alcuni Gram-positivi. Mentre NOD2 è capace di percepire il muramil dipeptide, che si trova nella parete dei batteri Gram-positivi e in quella di alcuni micobatteri.
I recettori della famiglia NOD trasducono attraverso il RIPK. Abbiamo già visto alcuni membri della famiglia RIPK quando abbiamo parlato della necrosi, ma in quel caso avevamo visto la funzione di RIPK1. RIPK3 non induce la necrosi, come vedremo, ma all'attivazione infiammatoria della cellula.
NOD2 è estremamente studiato, poiché si è visto che una mutazione gain-of-function di questo recettore induce la sindrome della febbre periodica ereditaria, proprio perché questo recettore diventa capace di indurre il suo segnale infiammatorio anche senza legare il suo bersaglio. Invece, in caso di perdita di funzione di questo recettore, si ha un'aumentata suscettibilità ad alcune malattie, come il morbo di Crohn, probabilmente perché gli enterociti, avendo una ridotta funzione di NOD2, non riescono ad opporsi all'ingresso di alcuni patogeni nella parete dell'intestino e in questo modo si viene a formare un'invasione ben più profonda che caratterizza appunto la malattia di Crohn.
Ma la famiglia NOD comprende anche altri membri molto meno conosciuti: abbiamo NOD3, 4, 5, 15. NOD15 è conosciuto per il fatto di mancare del dominio CARD, per questo non si conosce il legando, ma fa parte della famiglia NOD. Sorprendentemente, anche CIITA, molecola che vedremo molto più avanti quando parleremo del processamento delle MHC di classe 2. Questa molecola presenta quattro Leucine-Rich Repeats che legano un dominio NACHT, che lega un dominio CT, il trascrizionale, che a sua volta lega un dominio legante il GPP. Parleremo meglio più avanti della sua funzione.
Nella famiglia NOD-like abbiamo poi la famiglia NLRP. Anche questi recettori non ci sono nuovi, ne abbiamo parlato accennandoli nella piroptosi. La famiglia NLRP è formata da numerose molecole. NLRP1, per esempio, è la più caratteristica perché presenta un dominio CARD, un dominio FUNCTION-TO-FIND, un dominio ricco in leucina, esattamente come i recettori NOD, un dominio NACHT e un dominio pirinico. Gli NLRP dal 2 al 14 poi presentano tutti la struttura molto simile a NLRP3: dominio ricco in leucina, dominio NACHT, dominio pirinico. Fa eccezione solo NLRP10, che non presenta il dominio ricco in leucina.
La famiglia NLRP risponde a diversi tipi di stimoli. Ad esempio, NLRP1 è capace di rispondere al muramil dipeptide, come NOD2, nonché alla tossina letale dell'antrace. Il tipo di risposta che è capace di orchestrare è attraverso la Caspase-1. Esso, infatti, forma una struttura dimerica conosciuta come inflammasoma.
Di NLRP3 abbiamo già parlato in passato. Sappiamo che viene complessato con HSP90 e ASC e che è capace di reagire a numerosi stimoli, come la dissociazione delle proteine associate all'autofagia, che rappresenta un sistema di controllo che quando va in forma dissociata indica un eccesso di radicali; il flusso del potassio, che molto probabilmente indica una disregolazione della permeabilità di membrana dovuta a tossine batteriche. Il flusso del potassio, però, può essere indotto anche dal recettore P2Y12, che si libera in maniera massiccia quando c'è un'estesa necrosi. Allo stesso modo, NLRP3 è capace di reagire alla rottura dei lisosomi, alla fagocitosi dell'acido urico e anche alle alterazioni dell'omeostasi del calcio, benché questi ultimi tre casi siano meno studiati.
Conosciamo già la risposta di NLRP3, che consiste nel dissociare i suoi inibitori quando lega i suoi attivatori e nell'assemblare con ASC e la Caspase-1 per formare l'inflammasoma. Altre che in alcune condizioni particolari agisce come piroptosi.
Abbiamo poi NLRP6, che ha un ruolo nella formazione della barriera mucosa intestinale, ma non si conosce quale sia il suo legando, né si sa attraverso quale sistema trasduca. Abbiamo NLRP7, che invece è capace di reagire all'LPS della capsula batterica e si pensa che formi un inflammasoma. Al 7 abbiamo poi NLRP12, che reagisce a un antigene sconosciuto che si trova sulla superficie di Yersinia pestis e qui il metodo di trasduzione è anch'esso sconosciuto.
Ultima sottocategoria della famiglia NOD-like è la famiglia IPAF. IPAF è formato da un Leucine-Rich Repeat, da un dominio NACHT e da un CARD (Caspase Activation and Recruitment Domain). Ad esso si associa NAK, che presenta al posto del CARD un dominio inibitore dell'apoptosi (IAP). Affinché la trasduzione sia efficace, IPAF deve associarsi con alcuni NAK. L'associazione con NAKD2 lo rende capace di percepire la proteina PrgJ della Salmonella Typhimurium e agisce attivando la pro-caspase-1.
Legandosi con P5D1 invece, è capace di legare la flagellina presente a livello citoplasmatico e di trasdurre sempre attraverso la pro-caspase-1. Non si conosce bene il motivo per cui l'interazione tra NAK, che contiene un dominio inibitore dell'apoptosi, e IPAF, che invece contiene un dominio attivatore delle caspasi, produca comunque un'attivazione della caspase-1. Probabilmente il dominio inibitorio dell'apoptosi ha un ruolo più regolatore che inibitore puro. Si sa che comunque le molecole della famiglia IPAF, dopo aver dimerizzato, formano degli inflammasomi.
Parecchi anche se siano capaci di rispondere al flusso di potassio dipendente dalle tossine batteriche. Un'altra famiglia completamente diversa dei recettori citoplasmatici è la famiglia PYRIN, chiamata in questo modo perché presentano un PYRIN domain e per questo PYR è un dominio e si interviene in questo modo. La molecola più conosciuta è la HINADOMAIN, ma si sa infatti che questa proteina non è espressa nelle cellule del melanoma. Ad essa si associano anche AIM2 e PYRIN1 e AIPIX16. Presentano tutte lo stesso schema, a differenza dell'ultima che invece presenta due domini HD in versione e inter.
È conosciuta per la sua capacità di legare il DNA a doppio filamento e per la sua capacità di reagire in questo modo, soprattutto ai vaccini a virus e alla Francisella tularensis, formando un inflammasoma. L'inflammasoma, appunto, si pensa che anche AIPIX16 sia capace di reagire al dsDNA, questa volta solo dei virus, probabilmente formando anche esso un inflammasoma.
Un'altra classe di recettori citoplasmatici è rappresentata dalle Caspase-4, 5 nell'essere umano, che sono gli equivalenti delle Caspase-11 dei topi. Queste due caspasi non hanno un ruolo nella apoptosi, nella necrosi, nella piroptosi, ma sono esse stesse dei recettori trasduttori citoplasmatici. Infatti, in reazione all'LPS intracitoplasmatica (ricordiamo, LPS è presente sulla parete dei Gram-negativi), se perdono il proprio dominio inibitorio, diventano inflammasomi non canonici. Non si sa attraverso quale sistema inducano il taglio e l'attivazione della Caspase-1. Ad oggi si pensa che questo avvenga attraverso l'attivazione indiretta di NLRP3.
Altra famiglia dei recettori citoplasmatici è la RIG-I-like, che comprende due molecole principali. Uno è appunto RIG-I, che presenta un'elica-istamina e due CARD (Caspase Activation and Recruitment Domain) ed è capace di reagire all'RNA a singolo filamento 5'-trifosfato non modificato, significa RNA a cui manca il processo di capping. Questo RNA è tipico della quasi totalità dei virus. Dall'altra parte abbiamo MDA5, anch'esso presenta un dominio elicoidale e due CARD (Caspase Activation and Recruitment Domain), però è capace di reagire all'RNA a doppio filamento, che come abbiamo detto in precedenza è sempre sicuramente virale.
Questi due recettori trasducono in una maniera molto particolare. Essi, infatti, legano una ubiquitina ligasi chiamata TRIM25, che forma una lunga catena di ubiquitina, che però qui non serve a richiamare il proteasoma, ma spiega un altro tipo di funzione dell'ubiquitina chiamato scaffolding, cioè ubiquitina qui ha un ruolo quasi strutturale, nel senso che una lunga coda di ubiquitina viene riconosciuta da alcune molecole che continuano la trasduzione del segnale. Nel nostro caso, MAVS (Mitochondrial Antiviral Signaling Protein). Questa proteina comprende una regione che è capace di riconoscere lo scaffold ubiquitina e un dominio CARD per legare il dominio CARD dei recettori. Come dice il nome stesso, MAVS è presente sulla superficie mitocondriale. Vedremo in seguito come continua questa via trasduzione.
Ultima famiglia di recettori citoplasmatici è rappresentata da STING e dai suoi simili. STING è espresso sulla superficie del reticolo endoplasmatico rugoso ed è capace di legare il dinucleotide ciclico cGAMP, cioè un nucleotide guanilico 1-fosforilato, cloridrato adenilico 1-fosforilato legati tra loro e chiusi in maniera ciclica. Questo legante è un segnale prodotto da molti virus e alcuni batteri intracellulari. STING reagisce a cGAMP attivando TBK1, una chinasi il cui ruolo lo approfondiremo in futuro.
Un ultimo recettore citoplasmatico scoperto molto di recente è ZBP1. Esso presenta due domini chiamati Dita-alfa e Dita-beta ed è capace di attivare RIPK3 inducendo in alcuni casi anche la necrosi. Il suo legante è il DNA Z, forma del DNA che si ottiene quando esiste un superavvolgimento, fenomeno che si verifica ad esempio per alcuni DNA virali, poiché il DNA virale non presenta tutti i sistemi di svolgimento come le topoisomerasi eucariotiche.
E con questo abbiamo concluso il discorso sui recettori citoplasmatici. Nel prossimo video termineremo i recettori del pattern parlando dei recettori solubili.