NLRP3

بروتين NLRP3 ( بروتين يحتوي على نطاق البيرين من عائلة NLR ) هو بروتين يُشفّر في الإنسان بواسطة جين NLRP3 ^{[ 5 ]} الموجود على الذراع الطويلة للكروموسوم 1. ^{[ 6 ]} عُرف NLRP3 سابقًا باسم بروتين NALP3 (بروتين يحتوي على نطاقات NACHT وLRR وPYD)، وبروتين كريوبيرين، وبروتين CIAS1 (متلازمة الالتهاب الذاتي الناجم عن البرد)، وبروتين CLR1.1 (مستقبل شبيه باليرقة)، وبروتين PYPAF1 (بروتين شبيه بـ APAF1 يحتوي على نطاق البيرين). ^{[ 7 ]}

يُعدّ NLRP3 أحد مكونات الجهاز المناعي الفطري ، ويعمل كمستقبل للتعرف على الأنماط (PRR) - وهو مستشعر سيتوبلازمي يستجيب للأنماط الجزيئية المرتبطة بمسببات الأمراض (PAMPs) والأنماط الجزيئية المرتبطة بالضرر (DAMPs). ينتمي NLRP3 إلى عائلة مستقبلات التعرف على الأنماط الشبيهة بـ NOD (NLR). ^{[ 8 ]}

يُعبَّر عن بروتين NLRP3 بشكل رئيسي في البلاعم ، حيث يعمل كمكون من مكونات الإنفلاماسوم . ^{[ 9 ] [ 10 ]} يُحفز إنفلاماسوم NLRP3 الالتهاب والاستجابة المناعية ، ويؤدي إلى موت الخلايا من خلال موت الخلايا الالتهابي (pyroptosis) أو موت الخلايا الالتهابي المرتبط بالبروتين (PANoptosis ). ^{[ 11 ]} منذ اكتشافه عام 2004، برز إنفلاماسوم NLRP3 كمكون أساسي للمناعة الفطرية، وارتبطت الطفرات في جين NLRP3 بعدد من أمراض المناعة الذاتية الخاصة بأعضاء معينة ، وأمراض الالتهاب الذاتي ، والسرطانات . ولذلك، أصبح إنفلاماسوم NLRP3 الإنفلاماسوم الأكثر فهمًا ومحورًا رئيسيًا لأبحاث الالتهاب.

تتجلى بنية نطاقات بروتين NLRP3 في اسمه الكامل، وهو: نطاق ربط النيوكليوتيدات، وعائلة التكرارات الغنية بالليوسين، ونطاق البيرين المحتوي على 3 نطاقات. يحتوي البروتين على نطاق بيرين في الطرف الأميني (PYD)، ونطاق NACHT يحتوي على موقع ربط النيوكليوتيدات (NBS)، ونمط LRR في الطرف الكربوكسيلي . NACHT وLRR وPYD هي اختصارات لما يلي:

• NACHT – NA IP ( بروتين مثبط موت الخلايا العصبية )، C 2TA [منشط النسخ من الفئة 2، من MHC ، H ET-E ( عدم توافق الخلايا غير المتجانسة ) و T P1 (البروتين المرتبط بالتيلوميراز 1)
• LRR - تكرار غني بالليوسين ، ^{[ 12 ] وهو مصطلح مدرج} أيضًا ضمن مصطلح "NLR"، لمجال ربط النيوكليوتيدات ، تكرار غني بالليوسين ^{[ 8} ]
• PYD – نطاق P YRIN ، سمي على اسم بروتينات البيرين. ^{[ 13 ]}

تشير بنى المجهر الإلكتروني فائق البرودة (cryo-EM) المتاحة إلى أن NLRP3، في حالته غير النشطة، يُشكّل مُتعددًا حلقيًا أو قرصيًا الشكل ، حيث تتفاعل نطاقات التكرارات الغنية بالليوسين (LRRs) لتكوين قفص يحمي نطاقات PYD. عند التنشيط، يُعتقد أن NLRP3 يخضع لتغيير بنيوي يكشف نطاقات PYD، ^{[ 14 ] [ 15 ]} ثم يتفاعل نطاق PYD الخاص بـ NLRP3 مع نطاق PYD الخاص ببروتين مُهايئ يُعرف باسم البروتين الشبيه بالبقعة المرتبط بالاستماتة والذي يحتوي على نطاق CARD (ASC). ^{[ 14 ]} وقد ثبت أن البروتينات التي تحتوي على نطاق تجنيد الكاسبيز ، CARD، تُشارك على نطاق واسع في الالتهاب والاستجابة المناعية. ^{[ 5 ]}

يحدث تنشيط NLRP3 استجابةً لإشارات الخطر، مثل أنماط جزيئية مرتبطة بمسببات الأمراض (PAMPs) (مثل الحمض النووي الريبي الفيروسي أو البروتينات ^{[ 16 ]} )، وأنماط جزيئية مرتبطة بالضرر (DAMPs) (مثل حمض اليوريك البلوري أو الأدينوسين ثلاثي الفوسفات خارج الخلوي الذي تطلقه الخلايا التالفة ^{[ 17 ]} )، أو غيرها من اضطرابات التوازن الداخلي. ^{[ 18 ]} ومع ذلك، لا توجد حاليًا آلية موحدة للتنشيط، ومن غير الواضح ما إذا كان NLRP3 يرتبط بربيطة محددة أم أنه يستجيب بشكل عام لفقدان التوازن الداخلي. ^{[ 19 ]}

تم تحديد العديد من آليات التنشيط والتنظيم المختلفة لتنشيط NLRP3 المعتمد على السياق. في غياب إشارة تنشيط، أشارت بعض الدراسات إلى أن NLRP3 يبقى في حالة غير نشطة مرتبطًا بـ HSP90 و SGT1 في السيتوبلازم . في ظروف معينة، يمكن تهيئة NLRP3 للتنشيط عن طريق انخفاض مستويات البوتاسيوم داخل الخلايا (K ⁺ ) ^{[ 20 ]} الناتج عن تدفقه من قنوات أيونية حساسة ميكانيكيًا موجودة في غشاء الخلية. ^{[ 21 ]} مع ذلك، تحفز عوامل أخرى تنشيط NLRP3 من خلال إشارات مناعية مستقلة عن K ^{+ ، [ 19 ] [ 22 ]} مما يشير إلى أن هذه ليست آلية عامة. يمكن أن تساهم أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) أيضًا في التنشيط، على الرغم من أن الآليات الدقيقة لهذا التنظيم لم تُحدد بعد. ^{[ 23 ]} من المرجح أن التنشيط يشمل العديد من العضيات ، بما في ذلك الميتوكوندريا وشبكة غولجي ، ولكن لم تتضح بعد صورة شاملة لديناميكيات NLRP3 في العضيات. ^{[ 15 ]} تلعب التعديلات اللاحقة للترجمة دورًا في تنظيم NLRP3. ^{[ 24 ]} وأشهر هذه التعديلات هو الفسفرة بواسطة كيناز NEK7، وهو ضروري لتنشيط NLRP3 في الفئران، ولكن ليس في البشر. ^{[ 14 ]}

بغض النظر عن آلية التنشيط المحددة، فإن تنشيط NLRP3 يسمح له بالارتباط ببروتين المحول ASC لتشكيل مركب تنشيط كاسبيز-1 المعروف باسم NLRP3 inflammasome.

يعمل بروتين NLRP3 بشكل أساسي من خلال جسيمه الالتهابي. يُعتقد أن بروتين ASC يعمل كبروتين مُحَوِّل، حيث يتجمع في ليف يمتد من مركز حلقة NLRP3 ^{[ 14 ]} ليُشكِّل مُركَّبات يبلغ قطرها حوالي 1 ميكرومتر. ^{[ 25 ]} ثم يُحفِّز هذا التركيب تكوين المكونات الأخرى للجسيم الالتهابي.

ترتبط نطاقات CARD الطرفية C لبروتين ASC الليفي بجزيئات بروكاسباز-1، التي تُنشط ذاتيًا عن طريق انقسامها إلى بروتياز كاسباز-1 النشط . [ ^{26 ] يلعب} تنشيط كاسباز-1 بوساطة NLRP3 دورين رئيسيين في المناعة الفطرية: فهو يُنشط السيتوكينات الالتهابية IL-1β و IL-18 ، ^{[ 27 ]} ويُنشط غاسديرمين D. [ ^{28 ] ثم} تتجمع الوحدة الفرعية النشطة المنقسمة من غاسديرمين D لتكوين مسام في غشاء البلازما تُطلق بشكل تفضيلي IL-1β وIL-18 المنشطين. ^{[ 29 ]}

إلى جانب توسطه في إطلاق السيتوكينات، يُعدّ جسيم NLRP3 الالتهابي وسيطًا هامًا في موت الخلايا الالتهابي الانحلالي. فعندما يحدث تكوّن ثقوب في الغشاء الخلوي وانحلال الخلية كنقطة نهاية لموت الخلية، يتم إطلاق المزيد من السيتوكينات وجزيئات الإنذار الخلوي (DAMPs)، مما يُعزز الاستجابة الالتهابية. ^{[ 30 ]} يُعزى موت الخلايا بوساطة NLRP3 تقليديًا إلى موت الخلايا الالتهابي (pyroptosis)، وهو شكل من أشكال موت الخلايا الالتهابي الذي يعتمد كليًا على كاسبيز-1. ومع ذلك، يمكن أن يحدث موت الخلايا بوساطة NLRP3 أيضًا من خلال موت الخلايا الالتهابي المرتبط بالبروتين (PANoptosis)، ^{[ 31 ]} وهو مسار متميز لموت الخلايا الالتهابي المناعي الفطري، يبدأ بواسطة مستشعرات المناعة الفطرية ويُحركه الكاسبيز وكينيزات البروتين سيرين/ثريونين المتفاعلة مع المستقبلات (RIPKs) 1 و 3 . ^{[ 28 ]} يمكن أن يعمل NLRP3 كمستشعر PANoptosis، ولكن تم تحديده هو ومكوناته من الإنفلاماسوم أيضًا كمكونات من PANoptosomes (المجمعات المناعية التي تتوسط PANoptosis) المرتبطة بجزيئات الاستشعار NLRP12 و NLRC5 و ZBP1 . ^{[ 28 ]}

يُعدّ NLRP3 عنصرًا أساسيًا في دفاع الجسم ، وذلك لدوره في تحفيز إطلاق السيتوكينات وموت الخلايا الالتهابية. ويتم تنشيط جسيم NLRP3 الالتهابي استجابةً لمسببات الأمراض، بما في ذلك البكتيريا والفيروسات والفطريات . [ 32 ] ^{فعلى سبيل المثال} ، يُعتقد أن NLRP3 يوفر الحماية ضد المكورات العنقودية الذهبية والسالمونيلا ، [ ^{32 ] وضد} عدوى المكورات الرئوية عن طريق تنشيط STAT6 و SPDEF . ^{[ 33 ]} أما بالنسبة للفيروسات، فقد ارتبط NLRP3 بالعدوى بفيروس التهاب الكبد B ، وفيروس SARS-CoV-2 ، وفيروس الإنفلونزا ، وفيروس نقص المناعة البشرية (HIV). ^{[ 32 ]}

إلى جانب العدوى، يساهم NLRP3 أيضًا في موت الخلايا السرطانية في بعض الحالات، بما في ذلك بعض الدراسات حول سرطان القولون والمستقيم ، ^{[ 34 ]} وقد وجدت دراسة أجريت على سرطان الخلايا الكبدية أن مكونات جسيم NLRP3 الالتهابي منخفضة التنظيم أو غائبة. ^{[ 35 ]}

على الرغم من الوظائف المفيدة لمركب NLRP3 الالتهابي، إلا أن اختلال تنظيمه يرتبط بآلية حدوث الأمراض في مجموعة واسعة من الأمراض والسرطان. ^{[ 32 ] [ 34 ] [ 36 ]} وعلى وجه الخصوص، تؤدي الطفرات في جين NLRP3 إلى تكوين مركبات التهابية ذاتية النشاط ^{[ 37 ]} - في الواقع، تم اكتشاف NLRP3 في الأصل من خلال طفرة تسبب متلازمة دورية مرتبطة بالكريوبيرين (CAPS)، ^{[ 38 ]} وهي مجموعة من الأمراض الالتهابية الذاتية المرتبطة بـ NLRP3 والتي تنتقل وراثيًا بشكل سائد، وتشمل متلازمة الالتهاب الذاتي العائلي الناتج عن البرد (FCAS)، ومتلازمة ماكل-ويلز (MWS)، ومتلازمة التهاب الجلد والمفاصل العصبي المزمن عند الرضع ( CINCA )، ومرض التهابي متعدد الأجهزة يبدأ عند حديثي الولادة (NOMID)، والتهاب القرنية البطاني الوراثي العابر . ^{[ 5 ] [ 39 ]} بالإضافة إلى ذلك، يلعب خلل تنظيم نشاط NLRP3 دورًا في إمراضية النقرس ، ^{[ 17 ]} والسكتة الدماغية النزفية ، ^{[ 40 ]} والالتهاب العصبي الذي يحدث في أمراض طي البروتين الخاطئ مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون وأمراض البريون . ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]} وقد ثبت أن حذف Nlrp3 أو مكونات أخرى من الإنفلاماسوم يُحسّن من حالة المرض في نماذج الفئران المصابة بالنقرس ، وداء السكري من النوع الثاني ، والتصلب المتعدد ، ومرض الزهايمر ، وتصلب الشرايين . ^{[ 44 ]} علاوة على ذلك، أثناء العدوى، يمكن أن يؤدي فرط تنشيط إنفلاماسوم NLRP3 إلى التهاب مفرط وأمراض. ^{[ 32 ]}

في سياق السرطان، أظهرت الدراسات دورًا لبروتين NLRP3 في كبح نمو بعض الأورام الخبيثة، ومع ذلك، يرتبط كل من NLRP3 ومركب NLRP3 الالتهابي ارتباطًا إيجابيًا بتكوّن الأورام في أنواع أخرى من السرطان. ^{[ 34 ] [ 36 ]} على سبيل المثال، لوحظ ارتفاع مستوى التعبير عن NLRP3 و/أو مركب NLRP3 الالتهابي في الأنسجة السرطانية في سرطان غدي قنوي البنكرياس (PDAC)، وخلايا الورم الميلانيني ، وسرطان الدم النخاعي الحاد ، وأنواع أخرى من السرطان. ^{[ 34 ] [ 36 ]}

نظراً لدوره الواسع في تحفيز موت الخلايا والالتهاب وإمراضية المرض، حظي جسيم NLRP3 الالتهابي باهتمام كبير كهدف دوائي محتمل لعلاج مجموعة متنوعة من الأمراض التي يرتكز عليها الالتهاب، وقد خضعت العديد من مثبطاته للدراسة. ^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]} واعتُبر مركب ثنائي أريل سلفونيل يوريا MCC950 واعداً بشكل خاص كمثبط قوي وانتقائي لـ NLRP3 ^{[ 48 ]} قادر على تثبيت بنية NLRP3 غير النشطة. ^{[ 49 ]} ومع ذلك، كشفت التجارب السريرية من المرحلة الثانية عن علامات محتملة لسمية الكبد. ^{[ 50 ]} وقد دخل كل من Nodthera وInflazome المرحلة الأولى من التجارب السريرية، كما تم تقييم Dapansutrile (OLT1177)، وهو مركب جزيئي من β-سلفونيل نيتريل طورته شركة Olactec Therapeutics، في التجارب السريرية كمثبط انتقائي لـ NLRP3 لعلاج قصور القلب وهشاشة العظام والتهاب المفاصل النقرسي. ^{[ 51 ]} يُعدّ دواء روفونوفلاست (NT-0796) مثبطًا آخر لبروتين NLRP3، وهو قيد التطوير من قِبل شركة نودثيرا، ويخضع حاليًا للتجارب السريرية. ^{[ 52 ] [ 53 ]} لم تتم الموافقة على أي مثبط للاستخدام السريري حتى الآن.

يتمثل أحد الأساليب البديلة لتثبيط NLRP3 في تثبيط تنشيطه الأولي أو إشاراته اللاحقة. على سبيل المثال، أظهرت الدراسات قبل السريرية أن مستقلب بيتا-هيدروكسي بوتيرات يمنع الأمراض الالتهابية التي يتوسطها NLRP3 عن طريق منع تدفق أيونات البوتاسيوم (K ⁺⁾ إلى الخارج. ^{[ 54 ]} كما تم تقييم مثبطات أخرى تستهدف غاسديرمين د (gasdermin D) وإنترلوكين-1 بيتا (IL-1β)، وقد أثبت تثبيط IL-1β فعاليته السريرية في عدد من الأمراض، ولا سيما متلازمة التهاب المفاصل الدوري الكارثي (CAPS). ^{[ 55 ]} ولا تزال هناك حاجة ماسة لتحديد مثبطات فعالة يمكن استخدامها على نطاق أوسع من المرضى. وقد اكتسبت الجهود المبذولة لاستهداف NLRP3 ووسائطه الالتهابية زخمًا كبيرًا، ولا يزال تطوير مثبطات جديدة مجالًا متطورًا باستمرار.

• نظرة عامة على جميع المعلومات الهيكلية المتاحة في PDB لـ UniProt : Q96P20 (بروتين يحتوي على نطاقات NACHT و LRR و PYD) في PDBe-KB .