DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-025-09501-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41571747
تاريخ النشر: 2026-01-22
المؤلف: Julia Elise Cabral وآخرون
الموضوع الرئيسي: الالتهاب المناعي واضطرابات المناعة
نظرة عامة
يتناول هذا القسم من ورقة البحث دور إطلاق الحمض النووي الميتوكوندري (mtDNA) في تنشيط الجهاز المناعي الفطري، مع التركيز بشكل خاص على وظيفته كنمط جزيئي مرتبط بالضرر (DAMP) الذي يحفز تجميع الانفلامازوم. يظهر المؤلفون أن بروتين NLRP3 متورط في إطلاق الحمض النووي D-loop mtDNA في السيتوسول وأنه يتفاعل مع NLRP10.
تكشف الدراسة أن NLRP10 يتوسط تقطيع الحمض النووي المؤكسد من خلال آلية تتضمن وسيط قاعدة شيف، والتي يمكن تثبيطها بواسطة جزيئات صغيرة تستهدف الجليكوزيلات. تشير هذه النتائج إلى أن التفاعل بين NLRP10 والحمض النووي المؤكسد قد يلعب دورًا كبيرًا في تعزيز نمط إفراز الشيخوخة على المدى الطويل وتعديل تنشيط الانفلامازوم. بشكل عام، تسلط الأبحاث الضوء على آلية جديدة يستجيب من خلالها NLRP10 لإشارات الإجهاد الميتوكوندري، مما يشير إلى طرق علاجية محتملة لاستهداف هذه التفاعلات في سياق الأمراض الالتهابية.
طرق
في هذه الدراسة، تم إنشاء ثقافات خلايا الماكروفاج المشتقة من نخاع العظم المخلدة باستخدام ماكروفاجات الفئران من النوع البري والفئران المعدلة وراثيًا المقدمة من مايكل كارين من جامعة كاليفورنيا، سان دييغو. تم إذابة الخلايا في حمام مائي عند 37 درجة مئوية، وإعادة تعليقها في وسط DMEM المسخن مسبقًا والمضاف إليه 10% من مصل الجنين البقري المعطل حراريًا (FBS) و1% من البنسلين-ستربتوميسين، وتم الطرد المركزي عند 300×g لمدة 5 دقائق عند 4 درجات مئوية. بعد شفط الوسط ومواد الحماية من التجمد، تم تقييم حيوية الخلايا وتركيزها باستخدام صبغة تريبان زرقاء وجهاز عد خلايا أوتوماتيكي Countess 3 FL. تم تخفيف الخلايا إلى تركيز نهائي قدره 0.25 × 10^6 خلايا/مل وزرعها في قوارير ثقافة سعة 175 سم²، حيث تم الحفاظ عليها عند 37 درجة مئوية ورطوبة 5% CO₂، وعادة ما تتضاعف خلال 24-48 ساعة.
بعد ذلك، تم حصاد الخلايا باستخدام مكاشط خلايا Bio-One، وتم تجميعها بالطرد المركزي، وعدها للتوسع الإضافي. شملت المنهجية علاجات محددة مع مركبات مثل TH5487 وSU0268، وتم أخذ قياسات استقطاب الفلورسنت لتقييم تأثيرات هذه العلاجات على الخلايا. كان التصميم التجريبي يهدف إلى توضيح الاستجابات الخلوية والآليات المعنية في سياق الدراسة.
نتائج
تشير النتائج إلى أن إطلاق الحمض النووي الميتوكوندري D-loop (mtDNA) إلى السيتوسول يعتمد على مسار يتم بوساطة NLRP3. على وجه التحديد، تظهر الدراسة أن الأدوية المستهدفة لنطاق بيرين NLRP3 يمكن أن تثبط تقطيع الحمض النووي المؤكسد mtDNA (ox-mtDNA) وتمنع كل من تنشيط الانفلامازوم NLRP3 وإطلاق mtDNA في السيتوسول. كشفت تحليل PCR أنه بينما كان الحمض النووي D-loop المقطوع موجودًا في الفئات الميتوكوندريّة لكل من ماكروفاجات النوع البري وماكروفاجات NLRP3 المعدلة وراثيًا (KO)، كان الحمض النووي D-loop السيتوسولي موجودًا حصريًا في ماكروفاجات النوع البري المنشطة، مما يشير إلى أن NLRP3 ضروري لتقطيع mtDNA وإطلاقه لاحقًا إلى السيتوسول.
كشفت التحقيقات الإضافية في ارتباط NLRP3 بالميتوكوندريا عن وجوده في كل من الفئات الميتوكوندريّة والسيتوسولية من أحادية النواة البشرية المنشطة بـ LPS وLPS/nigericin. أكدت الدراسة نقاء الفئات الميتوكوندريّة من خلال الكشف عن قناة الأنيون ذات الجهد الكهربائي (VDAC) حصريًا في الميتوكوندريا وليس في السيتوسول. بالإضافة إلى ذلك، تم تسليط الضوء على التفاعل بين NLRP3 وبروتين مضاد الفيروسات الميتوكوندري (MAVS)، مع توقعات هيكلية تشير إلى أن الحلزون N الطرفي لـ NLRP3 قادر على التفاعل مع غشاء الميتوكوندريا. هذا التفاعل ضروري لإطلاق ox-mtDNA، حيث أن الحلزون N الطرفي لـ NLRP3 مناسب هيكليًا لاستهداف الميتوكوندريا، مما يدعم الفرضية القائلة بأن ارتباط NLRP3 بالميتوكوندريا ضروري لتقطيع وإطلاق mtDNA.
مناقشة
في هذه الدراسة، يستكشف المؤلفون دور NLRP3 وNLRP10 في تعديل الالتهاب من خلال تفاعلاتهما مع الحمض النووي الميتوكوندري المؤكسد (ox-mtDNA). يظهرون أن مثبطات OGG1 المعاد استخدامها، TH5487 وSU0268، تقلل بشكل كبير من إفراز IL-1β في خلايا THP-1 البشرية، مع ملاحظة التثبيط عند تركيزات منخفضة (0.001 ميكرومول). يظهر التفاعل بين NLRP3 وNLRP10 أنه مباشر وأقوى في الظروف غير المنشطة، مما يشير إلى أن NLRP10 قد يلعب دورًا تنظيميًا في تنشيط الانفلامازوم NLRP3. من الجدير بالذكر أن NLRP10 يظهر نشاطًا مشابهًا للجليكوزيلات، قادرًا على تقطيع الحمض النووي المؤكسد، ويشكل قاعدة شيف معه، وهي آلية تذكر بـ OGG1 البشري.
تشير النتائج إلى أن NLRP10 يمكنه التعرف بشكل مختلف على الحمض النووي المؤكسد وغير المؤكسد، حيث لا تؤثر مثبطات OGG1 على ارتباط الحمض النووي غير المؤكسد. وهذا يشير إلى دور محتمل لـ NLRP10 ككاشف للضرر التأكسدي، مما يربط تنشيط الانفلامازوم بالشيخوخة الخلوية والالتهاب. يقترح المؤلفون أن الحمض النووي المؤكسد قد يعمل كنمط جزيئي مرتبط بالضرر (DAMP)، مما يساهم في تنشيط NLRP10 ونمط الإفراز المرتبط بالشيخوخة (SASP). هناك حاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف آثار نشاط NLRP10 في سياق الشيخوخة والأمراض المرتبطة بالعمر، خاصة فيما يتعلق بدوره في تعديل الاستجابات الالتهابية والخلل الميتوكوندري.
DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-025-09501-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41571747
Publication Date: 2026-01-22
Author(s): Julia Elise Cabral et al.
Primary Topic: Inflammasome and immune disorders
Overview
This section of the research paper discusses the role of mitochondrial DNA (mtDNA) release in the activation of the innate immune system, specifically focusing on its function as a damage-associated molecular pattern (DAMP) that triggers inflammasome assembly. The authors demonstrate that the NLRP3 protein is involved in the cytosolic release of D-loop mtDNA and that it interacts with NLRP10.
The study reveals that NLRP10 mediates the cleavage of oxidized DNA through a mechanism involving a Schiff base intermediate, which can be inhibited by small molecules that target glycosylases. These findings suggest that the interaction between NLRP10 and oxidized DNA may play a significant role in promoting a long-term senescence secretory phenotype and modulating inflammasome activation. Overall, the research highlights a novel mechanism by which NLRP10 responds to mitochondrial stress signals, indicating potential therapeutic avenues for targeting these interactions in the context of inflammatory diseases.
Methods
In this study, immortalized bone marrow-derived macrophage cell cultures were established using wild-type and knockout mouse macrophages provided by Michael Karin from the University of California, San Diego. The cells were thawed in a 37 °C water bath, resuspended in prewarmed DMEM media supplemented with 10% heat-inactivated fetal bovine serum (FBS) and 1% penicillin-streptomycin, and centrifuged at 300×g for 5 minutes at 4 °C. Following aspiration of the media and cryoprotectant, cell viability and concentration were assessed using Trypan Blue staining and a Countess 3 FL Automated Cell Counter. The cells were diluted to a final concentration of 0.25 × 10^6 cells/mL and plated in 175 cm² culture flasks, where they were maintained at 37 °C and 5% CO₂ humidity, typically doubling within 24-48 hours.
Subsequently, cells were harvested using Bio-One Cell Scrapers, pelleted by centrifugation, and counted for further expansion. The methodology included specific treatments with compounds such as TH5487 and SU0268, with fluorescence polarization measurements taken to assess the effects of these treatments on the cells. The experimental design aimed to elucidate the cellular responses and mechanisms involved in the context of the study.
Results
The results indicate that the release of D-loop mitochondrial DNA (mtDNA) into the cytosol is dependent on an NLRP3-mediated pathway. Specifically, the study demonstrates that drugs targeting the NLRP3 pyrin domain can inhibit the cleavage of oxidized mtDNA (ox-mtDNA) and prevent both NLRP3 inflammasome activation and cytosolic mtDNA release. PCR analysis revealed that while cleaved D-loop mtDNA was present in the mitochondrial fractions of both wild-type and NLRP3 knockout (KO) macrophages, cytosolic D-loop mtDNA was exclusively found in activated wild-type macrophages, indicating that NLRP3 is essential for mtDNA cleavage and its subsequent release into the cytosol.
Further investigations into the association of NLRP3 with mitochondria revealed its presence in both mitochondrial and cytosolic fractions of human monocytes stimulated with LPS and LPS/nigericin. The study confirmed the purity of the mitochondrial fractions by detecting voltage-gated anion channel (VDAC) exclusively in mitochondria and not in the cytosol. Additionally, the interaction between NLRP3 and mitochondrial antiviral protein (MAVS) was highlighted, with structural predictions suggesting that NLRP3’s N-terminal helix is capable of interacting with the mitochondrial membrane. This interaction is crucial for the release of ox-mtDNA, as the N-terminal helix of NLRP3 is structurally suited for mitochondrial targeting, supporting the hypothesis that NLRP3’s association with mitochondria is necessary for the cleavage and release of mtDNA.
Discussion
In this study, the authors investigate the role of NLRP3 and NLRP10 in modulating inflammation through their interactions with oxidized mitochondrial DNA (ox-mtDNA). They demonstrate that repurposed OGG1 inhibitors, TH5487 and SU0268, significantly reduce IL-1β secretion in human THP-1 cells, with inhibition observed at low concentrations (0.001 μM). The interaction between NLRP3 and NLRP10 is shown to be direct and stronger in unstimulated conditions, suggesting that NLRP10 may play a regulatory role in NLRP3 inflammasome activation. Notably, NLRP10 exhibits glycosylase-like activity, capable of cleaving oxidized DNA, and forms a Schiff base with it, a mechanism reminiscent of human OGG1.
The findings indicate that NLRP10 can differentially recognize and cleave oxidized versus non-oxidized DNA, with the OGG1 inhibitors not affecting non-oxidized DNA binding. This suggests a potential role for NLRP10 as a sensor of oxidative damage, linking inflammasome activation to cellular senescence and inflammation. The authors propose that oxidized DNA may act as a damage-associated molecular pattern (DAMP), contributing to NLRP10 activation and the senescence-associated secretory phenotype (SASP). Future research is warranted to explore the implications of NLRP10’s activity in the context of aging and age-related diseases, particularly regarding its role in modulating inflammatory responses and mitochondrial dysfunction.