Un nou studiu pune în evidență vulnerabilitatea la infecții a pacienților cu boli mitocondriale rare

Un studiu publicat în Nature Communications de o echipă de cercetători americani explorează un mecanism esențial prin care disfuncția mitocondrială, asociată mutațiilor în gena POLG, determină răspunsuri inflamatorii excesive în macrofage. Lucrarea se bazează pe modele murine cu mutații PolgD257A și PolgR292C, demonstrând cum caspaza-11 și interferonul de tip I (IFN-I) contribuie la inflamație severă, activarea inflamazomilor și moarte celulară piroptotică în contextul infecției cu Pseudomonas aeruginosa.
Bolile mitocondriale sunt cele mai frecvente erori congenitale ale metabolismului și implică gene care reglează fosforilarea oxidativă și stabilitatea ADN-ului mitocondrial. Deși bazele genetice sunt bine descrise, declanșatorii imunologici care agravează boala sunt slab înțeleși. Infecțiile bacteriene și virale agravează frecvent disfuncția mitocondrială, iar Pseudomonas aeruginosa este un patogen deosebit de periculos în acest context, declanșând episoade de septicemie și decompensare metabolică.

Mutațiile în POLG, codificând ADN polimeraza mitocondrială, se asociază cu afecțiuni severe, precum sindromul Alpers-Huttenlocher, iar date recente sugerează o legătură între disfuncția mitocondrială și hiperactivarea sistemului imun înnăscut, în special prin căi mediate de IFN-I și inflamazomi.

Despre studiu

Studiul a analizat macrofage derivate din șoareci purtători ai mutației PolgD257A (care induce instabilitate a ADN-ului mitocondrial) și ai variantei PolgR292C (homologă unei mutații umane patogene). Cercetătorii au expus aceste celule la infecții cu Pseudomonas aeruginosa (PAO1) și au efectuat analize transcriptomice, proteomice, imagistică și teste funcționale asupra inflamației și morții celulare.

Principalele tehnici utilizate:

•  RNA-seq pentru identificarea căilor inflamatorii activate
•  Western blot și ELISA pentru proteine inflamatorii și citokine
•  Microscopie electronică pentru ultrastructura celulară
•  Inhibiție farmacologică (anti-IFNAR, Ac-YVAD) și knockdown cu siRNA pentru identificarea țintelor moleculare
•  Modele de infecție pulmonară in vivo la șoareci

Rezultate

Activarea excesivă a răspunsului inflamator în macrofage

Macrofagele PolgD257A au produs niveluri semnificativ mai mari de citokine inflamatorii (TNFα, IL-6, IL-1β, IFNβ) după expunerea la PAO1. Analiza transcriptomică și proteomică a evidențiat o expresie crescută a genelor stimulate de interferon (ISG) și activarea inflamasomului.

Moarte celulară piroptotică accentuată

•  PolgD257A au prezentat activare crescută a caspazei-11 și caspazei-1, cu clivaj crescut al GSDMD și secreție de IL-1α și IL-1β.
•  Inhibarea caspazei-1 cu Ac-YVAD sau blocarea IFNAR a redus semnificativ moartea celulară și secreția citokinică.
•  Knockdown-ul caspazei-11 sau al GBP2/GBP5 a redus inflamația și piroptoza.

Rolul central al caspazei-11 și al IFN-I

IFN-I a indus expresia crescută a caspazei-11 și a proteinelor GBP (în special GBP5), care facilitează detecția LPS bacterian în citozol. S-a constatat o colocalizare crescută între GBP5, LPS și caspaza-11 în macrofagele mutante, sugerând un mecanism amplificat de detecție a LPS bacterian.

Inflamație sistemică severă in vivo

Șoarecii PolgD257A și PolgR292C au prezentat inflamație pulmonară accentuată, caspază-11 crescută și activare inflamazomică după infecția pulmonară cu PAO1. Au fost detectate citokine proinflamatorii crescute în lichidul bronhoalveolar, lezare pulmonară mai severă și rate de supraviețuire reduse comparativ cu șoarecii de control. La reinfectare, animalele PolgD257A au prezentat o inflamație exacerbată și încărcătură bacteriană mai mare, sugerând o imunitate disfuncțională la recurență.

Concluzii

Acest studiu definește un nou mecanism molecular prin care disfuncția mitocondrială din bolile legate de mutații POLG duce la hiperactivarea macrofagelor, în principal prin:

•  IFN-I cronic, ce induce caspaza-11 și proteine GBP
•  Detectarea excesivă a LPS bacterian și activarea inflamasomului non-canonical
•  Piroptoză și eliberare de IL-1α, care amplifică inflamația prin bucle autocrine și paracrine

Descoperirile subliniază rolul inflamazomului mediat de caspaza-11 și importanța IFN-I ca ținte terapeutice potențiale pentru a reduce hiperinflamația, decompensarea metabolică și mortalitatea în bolile mitocondriale.

Implicații clinice

Pacienții cu boli mitocondriale genetice ar putea beneficia de terapii imunomodulatoare care vizează interferonul de tip I sau caspaza-11. Monitorizarea răspunsului inflamator sistemic, în special în timpul infecțiilor respiratorii, este esențială pentru reducerea riscului de sepsis și SIRS. Studiul susține validitatea modelelor murine PolgD257A și PolgR292C în cercetarea translatională a bolilor mitocondriale.