Alternative pathways of gasdermin function and IL-1beta secretion in granulocytic leukocytes
粒细胞白细胞中 Gasdermin 功能和 IL-1β 分泌的替代途径
基本信息
- 批准号:10654570
- 负责人:
- 金额:$ 41万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-07-24 至 2025-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AllergicAllergic DiseaseApoptosisApoptoticAutoimmuneAutophagocytosisAutophagosomeBiologyCASP1 geneCaspaseCell DeathCell membraneCellsCessation of lifeCytoplasmic GranulesCytosolDNADataEffector CellExocytosisExtravasationFamilyFeedbackFunctional disorderHomeostasisHumanImmuneImmune signalingImmunologic StimulationInflammasomeInflammatoryInnate Immune ResponseInterleukin-1 betaLeukocyte ElastaseLeukocytesLyticMacrophageMediatingMembrane LipidsMetalloproteasesMolecular ChaperonesMononuclearMyelogenousNatural ImmunityNonlyticNuclear EnvelopePathway interactionsPermeabilityPhysiologicalPlayProcessProductionPropertyProtease InhibitorProtein FamilyProteinsRegulationReportingRoleSecondary toSecretory VesiclesSerine ProteaseSerpinsShapesSignal TransductionSignaling ProteinSourceStimulusTestingTissuesacute infectioncell typechronic inflammatory diseasecytokineeosinophilextracellulargranulocytemast cellneutrophilnovelpublic health relevanceresponsesenescencetrafficking
项目摘要
Abstract
This project aims to define novel signaling mechanisms for the regulation of innate immune responses by
Gasdermins D and E (GSDMD/E) in granulocytic leukocytes that include neutrophils, mast cells, and
eosinophils. Physiological roles for GSDMD in both pyroptosis and IL-1β release during inflammasome
signaling have been extensively characterized in macrophages and other mononuclear myeloid leukocytes.
This involves cleavage of GSDMD by caspase-1 to generate N-GSDMD fragments which oligomerize in the
plasma membrane (PM) to form pores that mediate IL-1β efflux and pyroptosis. Notably, the granulocytic
myeloid leukocytes are also important sources of IL-1β during multiple innate immune responses, but few
studies have examined roles for GSDMD or other GSDM-family proteins in these cells. Our preliminary data
shows that caspase-1-generated N-GSDMD in neutrophils does not localize to the PM to form pores or drive
pyroptosis but is required for IL-1β secretion. This absence of PM pores reflects alternative subcellular
trafficking whereby N-GSDMD associates with azurophilic secretory granules (AG) and LC3+ autophagosomes.
Analyses using ATG7-deficient neutrophils indicate that IL-1β is secreted from neutrophils via an autophagy
machinery-assisted mechanism. These findings reveal fundamental differences in GSDM biology, including
high expression of GSDME, between granulocytes and macrophages that will shape granulocyte roles in
innate immunity. We hypothesize that the abundant secretory granules which define neutrophils, mast
cells and eosinophils underlie granulocyte-specific mechanisms for non-canonical production of
bioactive IL-1β and for regulated cell death via alternative pathways of GSDM family processing and
subcellular trafficking. In Aim 1, we will define signaling hierarchies based on activation of inflammatory
caspases, granule-derived serine proteases, apoptotic caspases, GSDMD, and GSDME that facilitate
alternative paths of bioactive IL-1β production by neutrophils, mast cells, and eosinophils. Studies will include
analyses of GSDMD/E trafficking to secretory granules versus the plasma membrane and GSDMD's ability to
act as a chaperone for autophagy protein-assisted secretion of proIL-1β that can be extracellularly cleaved by
serine proteases. In Aim 2, we will define GSDMD/E signaling networks that regulate granulocyte death
pathways which are induced by triggers of extracellular DNA trap release/ETosis, apoptosis, and progression
to granulocyte senescence. The project will draw on the strengths of the other three projects to facilitate our
functional studies. The results will define novel mechanisms for how GSDMD and GSDME mediate
granulocyte-specific signaling responses which play physiological roles during acute infection but contribute to
tissue dysfunction in humans with common autoimmune, allergic, or chronic inflammatory diseases.
抽象的
该项目旨在通过以下方式定义调节先天免疫反应的新信号机制
粒细胞白细胞中的 Gasdermin D 和 E (GSDMD/E),包括中性粒细胞、肥大细胞和
GSDMD 在炎症小体焦亡和 IL-1β 释放中的生理作用。
信号传导主要在巨噬细胞和其他单核髓系白细胞中进行表征。
这涉及 caspase-1 裂解 GSDMD 以生成 N-GSDMD 片段,该片段在
质膜 (PM) 形成介导 IL-1β 流出和细胞焦亡的孔。
髓系白细胞也是多种先天免疫反应过程中 IL-1β 的重要来源,但很少有
我们的初步数据研究了 GSDMD 或其他 GSDM 家族蛋白在这些细胞中的作用。
显示嗜中性粒细胞中 caspase-1 生成的 N-GSDMD 不会定位于 PM 形成孔或驱动
PM 孔的缺失反映了替代性亚细胞。
N-GSDMD 与嗜天青分泌颗粒 (AG) 和 LC3+ 自噬体结合的运输。
使用 ATG7 缺陷的中性粒细胞进行的分析表明,IL-1β 通过自噬从中性粒细胞中分泌
这些发现揭示了 GSDM 生物学的根本差异,包括
GSDME 在粒细胞和巨噬细胞之间高表达,这将塑造粒细胞在
我们追求的是定义中性粒细胞、肥大的丰富的分泌颗粒。
细胞和嗜酸性粒细胞是粒细胞特异性机制的基础,用于非规范的生产
生物活性 IL-1β 并通过 GSDM 家族加工的替代途径调节细胞死亡
在目标 1 中,我们将根据炎症的激活来定义信号传导层次。
半胱天冬酶、颗粒源丝氨酸蛋白酶、凋亡半胱天冬酶、GSDMD 和 GSDME
中性粒细胞、肥大细胞和嗜酸性粒细胞产生生物活性 IL-1β 的替代途径将包括研究。
分析 GSDMD/E 向分泌颗粒的运输与质膜的比较以及 GSDMD 的能力
作为自噬蛋白辅助分泌 proIL-1β 的伴侣,proIL-1β 可通过细胞外裂解
在目标 2 中,我们将定义调节粒细胞死亡的 GSDMD/E 信号网络。
由细胞外 DNA 陷阱释放/ETosis、细胞凋亡和进展的触发因素诱导的途径
该项目将利用其他三个项目的优势来促进我们的研究。
功能研究的结果将定义 GSDMD 和 GSDME 如何介导的新机制。
粒细胞特异性信号反应,在急性感染期间发挥生理作用,但有助于
患有常见自身免疫性疾病、过敏性疾病或慢性炎症性疾病的人类组织功能障碍。
项目成果
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