La caspasa-11 murina y sus homólogas humanas caspasa-4 y caspasa-5 son proteasas receptoras intracelulares de mamíferos activadas por la señalización TLR4 y TLR3 durante la respuesta inmune innata . La caspasa-11, también denominada inflamasoma no canónico , se activa mediante la señalización TLR3 / TLR4 - TRIF y se une directamente al lipopolisacárido citosólico (LPS), un elemento estructural importante de las paredes celulares de las bacterias Gram-negativas . Se sabe que la activación de la caspasa-11 por LPS causa la activación de otras proteínas caspasa , lo que lleva a un choque séptico , piroptosis y, a menudo, la muerte del organismo. [1]
El LPS es un activador conocido de las respuestas inmunitarias innatas. El LPS extracelular se une específicamente al receptor de superficie celular TLR4 . La unión del LPS a TLR4 provoca posteriormente el inicio de las vías de señalización MyD88 y TRIF , lo que conduce a la expresión de moléculas proinflamatorias y citocinas . Estos mediadores inflamatorios causan un shock tóxico y sepsis en el huésped como resultado de una respuesta inmunitaria hiperactiva al LPS. [2] Hasta hace poco, se consideraba que TLR4 era el único receptor para el LPS.
Sin embargo, en 2013 se demostró que los ratones knock out para TLR4 tratados con el ligando TLR3 poli I:C aún mueren de shock tóxico inducido por el tratamiento con LPS. Por el contrario, también se descubrió que los ratones knock out para TLR4 y caspasa-11 tratados con poli I:C no desarrollan shock tóxico en respuesta a LPS. Estos resultados sugieren que TLR4 no es el único receptor de LPS, sino que la caspasa-11 también responde a la presencia de LPS. Posteriormente se demostró que la caspasa-11 es una proteína citosólica que responde únicamente a LPS citosólico intracelular. [3]
Aunque se pensaba que la caspasa-11 se activaba únicamente por TLR4, estos experimentos demostraron que, de hecho, se activaba por la señalización TRIF, mediada tanto por la estimulación de TLR4 como de TLR3. Por lo tanto, la caspasa-11 puede mediar la detección de LPS del huésped incluso en ausencia de TLR4, siempre que se proporcione una señal alternativa dependiente de TRIF (por ejemplo, por TLR3).
La activación de TRIF es necesaria para la regulación positiva de la expresión de pro -caspasa-11 (un precursor inactivo de la caspasa-11 activa) y la piroptosis mediada por caspasa-11. [4] Una vez expresada, la caspasa-11 solo puede unirse al LPS citosólico y no puede responder al LPS extracelular. La caspasa-11 solo reconocerá las formas hexa- y penta- aciladas del LPS. [3] El LPS ingresa al citosol a través de la infección intracelular de bacterias gramnegativas vacuolares . Estas bacterias activan las proteínas de unión al guanilato inducidas por IFN, que se cree que median la activación de la caspasa-11 al promover la lisis vacuolar y la liberación de bacterias y el LPS que producen en el citoplasma. [5] [6]
Sorprendentemente, recientemente se ha demostrado que el LPS activa la caspasa-11 no a través de un receptor / mediador de andamiaje , sino a través de la unión directa del LPS al dominio CARD de la caspasa-11 . [1] Este mecanismo contrasta con el del inflamasoma canónico , en el que un ligando bacteriano activa la caspasa-1 a través de una proteína sensora aguas arriba, y esta es la razón por la que a menudo se hace referencia a la caspasa-11 como el inflamasoma no canónico. La activación de la caspasa-11 por unión directa al LPS representa un mecanismo novedoso y sin precedentes para la activación de la caspasa. [1]
La activación de la caspasa-11 produce piroptosis , una forma de muerte celular lítica que libera moléculas inflamatorias como ATP , HMGB1 e IL-1α del citosol. También se producen a menudo citocinas inflamatorias como IL-1β e IL-18 . La producción de IL-1β corriente abajo de la caspasa-11 requiere otro inflamasoma canónico, llamado inflamasoma NLRP3 , que activa la caspasa-1. [7] El mecanismo que vincula la caspasa-11 con NLRP3 no se conoce actualmente.
Se ha propuesto que la piroptosis proporciona defensa inmunitaria al exponer las bacterias citosólicas que infectan la célula piropótica a defensas inmunitarias extracelulares, incluidas otras células inmunitarias como los neutrófilos . Si bien la piroptosis mediada por la caspasa-11 proporciona defensa contra patógenos, también se ha demostrado que causa daño al huésped. [4]
Se ha demostrado que el dominio CARD de la caspasa-11 se asocia con AIP-1 y cofilina para facilitar la despolimerización de la actina. [8] Además, la asociación con el citoesqueleto de actina que rodea al fagosoma contribuye a la acidificación de los lisosomas. [9]
La caspasa-11 ( EC 3.4.22.64, CASP-11 ) es una enzima proteasa que tiene una secuencia de escisión preferida de (Ile/Leu/Val/Phe)-Gly-His-Asp, con un requisito estricto de Asp en la posición P1. [10]
La caspasa-11 parece proporcionar una defensa inmunitaria contra las bacterias que entran o acceden al citosol de la célula huésped. Se ha demostrado que la caspasa-11 es activada por Burkholderia pseudomallei , una bacteria gramnegativa que se encuentra en el suelo del sudeste asiático y que causa melioidosis grave . [3] Se ha demostrado in vitro que la caspasa-11 es activada por la infección por Shigella flexneri , mientras que se ha demostrado que un modelo de conejillo de indias de infección por Shigella activa el homólogo humano de la caspasa-11, la caspasa-4 . [3] En el caso de las bacterias que normalmente no acceden al citosol del huésped, la caspasa-11 se activa con una cinética retardada si las bacterias gramnegativas escapan de forma aberrante de la vacuola y entran en el citoplasma. [11]
Se ha demostrado que la caspasa-11 contribuye a la letalidad en modelos de sepsis en ratones. [12] El shock tóxico y la sepsis pueden ocurrir si demasiadas células huésped sufren piroptosis, debido a la sobreestimulación del sistema inmunológico por el contenido citoplasmático liberado o al agotamiento de las células huésped. [7] El mecanismo por el cual la piroptosis contribuye al shock séptico y la muerte no se entiende bien, aunque se cree que la liberación de HMGB1 juega un papel. [7]
