Piroptoza je visokoupalni oblik lizne programirane ćelijske smrti koji se najčešće javlja nakon infekcije unutarćelijskim patogenima i vjerovatno je dio antimikrobnog odgovora . Ovaj proces podstiče brzo uklanjanje različitih bakterijskih, virusnih, gljivičnih i protozojskih infekcija, uklanjanjem unutarćelijskih replikacijskih niša i jačanjem odbrambenih odgovora domaćina. Piroptoza se može desiti u imunskim ćelijama, a takođe se navodi da se javlja u keratinocitima i nekim epitelnim ćelijama. Proces se pokreće formiranjem velikog supramolekulskog kompleksa zvanog inflamasom (također poznatog kao piroptozom) nakon signala unutarćelijske opasnosti. Inflamasom aktivira drugačiji skup kaspaza u poređenju sa apoptozom, naprimjer, kaspaza-1/4/5 kod ljudi i kaspaza-11 kod miševa. Ove kaspaze doprinose sazrevanju i aktivaciji nekoliko proupalnih citokina i proteina koji formiraju pore gasdermina. Formiranje pora uzrokuje rupturu ćelijske membrane i oslobađanje citokina, kao i različitih molekulskih uzoraka povezanih s oštećenjem (DAMP), molekula kao što su HMGB-1, ATP i DNK, van ćelije. Ove molekule regrutuju više imunskih ćelija i dalje održavaju upalnu kaskadu u tkivu.
Međutim, kod patogenih hroničnih bolesti, upalni odgovor ne eliminira primarni stimulus. Pojavljuje se hronični oblik upale koja u konačnici doprinosi oštećenju tkiva. Piroptoza je povezana sa bolestima, uključujući rak, neurodegeneraciju i bolesti kardiovaskularnog sistema. Neki primjeri piroptoze uključuju makrofage inficirane salmonelama i abortivno HIV-inficirane T-pomoćne ćelije.
Morfološke karakteristike Piroptoza, kao oblik programirane ćelijske smrti, ima mnogo morfoloških razlika u poređenju sa apoptozama. I piroptoza i apoptoza prolaze kroz hromatinsku kondenzaciju, ali tokom apoptoze, jedro se raspada na više hromatinskih tijela; kod piroptoze, jedro ostaje netaknuto. U ćeliji koja je podvrgnuta piroptozi, gasderminske pore se formiraju na plazmamembrani, što rezultira prilivom vode i lizom ćelije.
Što se tiče mehanizma, piroptozu aktiviraju upalne kaspaze, uključujući kaspazu-1/4/5 kod ljudi i kaspazu-11 kod miševa. Proapoptozne kaspaze, uključujući kaspazu-6/7/8/9, nisu potrebne za piroptozu. Aktivacija kaspaze-3 može se dogoditi i u apoptozi iu piroptozi.
Iako su i piroptoza i nekroptoza izazvane formiranjem pora na membrani, piroptoza je više kontrolirana. Ćelije koje su podvrgnute piroptozi pokazuju membranske plikove i proizvode izbočine poznate kao piroptotska tijela, proces koji se ne nalazi u nekroptozi. Također, nekroptoza djeluje na kaspazno nezavisan način. Predlaže se da i piroptoza i nekroptoza mogu djelovati kao odbrambeni sistemi protiv patogena kada su blokirani apoptotski putevi.
+Sažetak različitih morfologija, mehanizama i ishoda tri oblika ćelijske smrti (apoptoza, piroptoza i nekroza)Karakteristika Apoptoza PIroptoza Nekroptoza Morfologija Ćelijska razgradnja NE DA DA Oticanje ćelija NE DADA Formiranje pora NE DADA Membranski prištevi/mjehurići DA DA NEFragmentacija DNK DA DA DA Netaknutost jedra NE DA NE Mehanizam Aktivacija kaspaza-1 NE DA NE Aktivacija kaspaza-3 DA DA NE Aktivacija GSDMD NE DA NE Ishod Upala NE Da DA Programirana ćelijska smrt DADADA
Mehanizam 400px|thumb|Aktivna kaspaza-1 omogućava cijepanje pro-IL-1β u IL-1β. Njegovo izlučivanje je osigurano piroptozom izazvanom N-terminalnim fragmentom iz gasdermina D nakon njegovog cijepanja kaspazom-1. Urođeni imunski sistem, koristeći receptore za prepoznavanje uzoraka kodiranih zametnom linijom (PRR), može prepoznati širok spektar molekulskih obrazaca povezanih s patogenom (PAMP) i molekularnih obrazaca povezanih s oštećenjem (DAMP) nakon infekcije mikrobom. Klasični primjeri PRR uključuju toll-like receptore (TLR) i NOD-like receptore (NLRs). urođeni imunski sistem, koristeći receptore za prepoznavanje uzoraka kodiranih zametnom linijom (PRR), može prepoznati širok spektar molekulskiih obrazaca povezanih s patogenom (PAMP) i molekularnih obrazaca povezanih s oštećenjem (DAMP) nakon infekcije mikrobom. Klasični primjeri PRR uključuju toll-like receptore (TLR) i NOD-like receptore (NLR). Prepoznavanje PAMP-a i DAMP-a pokreće formiranje multiproteinskih kompleksa inflamasoma, koji zatim aktiviraju kaspaze da iniciraju piroptozu. Put upale može biti kanonski ili nekanonski, pri čemu prvi koristi inflamasome koji aktiviraju kaspazu-1, a drugi koriste druge kaspaze.
Kanonski inflamasomski put U kanonskom inflamasomskom putu, PAMP i DAMP prepoznaju određeni endogeni PRR. Naprimjer, NLR proteini NLRC4 mogu prepoznati komponente flagelina i komponente tipa III sostema sekrecije. NLRP3 is activated by cellular events induced by different PAMPs and DAMPs stimuli. Neki ne-NLR proteini poput odsutnog u melanomu 2 (AIM2) i pirin također se mogu aktivirati i formirati inflamasome. Također, PRR-ovi koji ne formiraju inflamasome, kao što je TLR, NOD1 i NOD2 takođe imaju važnu ulogu u piroptozi. Ovi receptori pojačavaju ekspresiju upalnih citokina, kao što su IFN α/β, faktor tumorske nekroze (TNF), IL-6 i IL-12 kroz NF-κB i MAPK-signalne puteve. Osim toga, pro-IL-1β i pro-IL-18 se oslobađaju da budu obrađeni cisteinom posredovanom kaspazom-1.
200px|thumb|Opis slike za slabovide: Formiranje inflamasomaNLRP3
Kanonski inflamasomi uglavnom sadrže tri komponente: senzorni protein (PRR), adapter (ASC) i efektor (kaspaza-1). Općenito, formiranje inflamasoma NLR proteini dijele sličnu strukturu, nekoliko domena ponavljanja bogatih leucinom (LRR), centralni domen za vezivanje nukleotida i oligomerizaciju (NBD) i N-terminalni pirinski domen (PYD). NLRP3, naprimjer, regrutuje ASC adapterski protein putem interakcije PYD-PYD. I prokapaza-1 i ASC sadrže domen za aktivaciju i regrutaciju kaspaze (CARD), a ova homotipska interakcija CARD-CARD omogućava autokatalitsko cijepanje i ponovno sastavljanje prokapaze-1 kako bi se formirala aktivna kaspaza-1. Alternativno, NLRC4 može direktno regrutovati prokaspazu-1, jer ima CARD domen umjesto pirinskog domena.
Aktivirana kaspaza-1 je odgovorna za cijepanje pro-IL-1β i pro-IL-18. Ovi citokini, nakon obrade, bit će u svom biološki aktivnom obliku spremni za oslobađanje iz stanica domaćina. Pored toga, kaspaza-1 takođe cepa citosolni gasdermin D (GSDMD). GSDMD se može cijepati kako bi se proizveo N-terminalni domen (GSDMD-N) i C-terminalni domen (GSDMD-C). GSDMD-N može oligomerizirati i formirati transmembranske pore koje imaju unutrašnji prečnik od 10-14 nm. Pore omogućavaju izlučivanje IL-1β i IL-18 i različitog citosolnog sadržaja u vanćelijski prostor, a takođe remete ćelijski ionski gradijent. Rezultirajuće povećanje osmotskog pritiska uzrokuje dotok vode praćen oticanjem i pucanjem ćelija. Značajno je da je GSDMD-N autoinhibiran od strane C-terminalnog domena GSDMD prije cijepanja, kako bi se spriječila liza ćelija u normalnim uvjetima. Takođe, GSDMD-N se može umetnuti u unutrašnju membranu samo sa specifičnim sastavima lipida, što ograničava njegovo oštećenje na susjedne ćelije.
Nekanonski inflamasomski put Nekanonski inflamasomski put se pokreće vezivanjem lipopolisaharida (LPS) Gram-negativnih bakterija direktno na kaspazu-4/5 kod ljudi i kaspazu-11 u miševa. Vezivanje LPS-a na ove kaspaze promoviše njihovu oligomerizaciju i aktivaciju. Ove kaspaze mogu cijepati GSDMD kako bi oslobodile GSDMD-N i pokrenule piroptozu. Osim toga, priliv kalijevih iona nakon permeabilizacije membrane pokreće aktivaciju NLRP3, što zatim dovodi do stvaranja NLRP3 inflamasoma i aktivacije kaspaze-1. Ovi procesi olakšavaju cijepanje GSDMD i podastiču sazrijevanje i oslobađanje proupalnih citokina. 280px|thumb|Pregled puteva poroptoze:Piroptoza i mehanizmi prilagodljive imunosti koji promptno nastaju u mezenternim limfnim čvorovima
Piroptozni put ovisan o kaspazi-3 Nedavno je predložen alternativni put koji povezuje apoptozu i piroptozu. Kaspaza-3, kaspaza dželata u apoptozi, može cepati gasdermin E (GSDME) da proizvede fragment N- i C-terminalnog fragmenta na način sličan GSDMD cijepanju. Kada se apoptotske ćelije ne čiste od strane makrofaga, ekspresija GSDME se zatim pojačava pomoću p53. GSDME se zatim aktivira kaspazom-3, kako bi se formirale pore na ćelijskoj membrani. Također je otkriveno da GSDME može permeabilizirati mitohondrijske membrane za oslobađanje citohroma c, što dalje aktivira kaspazu-3 i ubrzava cijepanje GSDME. Ova pozitivna povratna sprega osigurava da se programirana ćelijska smrt prenosi naprijed.
Klinički značaj Piroptoza djeluje kao odbrambeni mehanizam protiv infekcije izazivanjem patološke upale. Formiranje inflamasoma i aktivnost kaspaze-1 određuju ravnotežu između rezolucije patogena i bolesti.
U zdravoj ćeliji, aktivacija kaspaze-1 pomaže u borbi protiv infekcije uzrokovane bakterijama rodova Salmonella i Shigella, uvođenjem ćelijske smrti kako bi se ograničio rast patogena kada se signalizira "opasnost". Kada se osjeti, ćelije u mirovanju će se aktivirati da se podvrgnu piroptozi i proizvode upalne citokine IL-1β i IL-18. IL-18 će stimulirati proizvodnju IFNγ i inicirati razvoj TH1 odgovora. TH1 odgovori imaju tendenciju oslobađanja citokina koji usmjeravaju trenutno uklanjanje patogena.) Aktivacija ćelije dovodi do povećanja nivoa citokina, što će pojačati posljedice upale, a to zauzvrat doprinosi razvoju adaptivnog odgovora kako infekcija napreduje. Konačno rješenje će očistiti patogene.
Nasuprot tome, trajna upala će proizvesti prekomjerne imunske ćelije, što je štetno. Ako ciklusi pojačanja potraju, pojavit će se metabolički poremećaj, autoupalne bolesti i ozljede jetre povezane s hroničnom upalom.
Cerebrovaskularna bolest Nedavne studije pokazuju da piroptoza ima ulogu u patofiziologiji unutarmoždanog krvarenja, a ublažavanje piroptoze može biti strategija intervencije za inhibiciju upalnog odgovora nakon takvogog krvarenja.
Kancer Piroptoza, kao programirana ćelijska smrt povezana sa upalom, ima široke implikacije kod različitih tipova raka. U principu, piroptoza može ubiti ćelije raka i inhibirati razvoj tumora u prisustvu endogenih DAMP-ova. U nekim slučajevima, GSDMD se može koristiti kao prognostički marker za rak. Međutim, produžena proizvodnja upalnih tijela može olakšati stvaranje mikrookruženja koje pogoduje rastu tumora. Razumijevanje mehanizama piroptoze i identificiranje molekula povezanih s piroptozom može biti korisno u liječenju različitih karcinoma.
U ćelijama karcinoma želuca prisustvo GSDMD može inhibirati komplekse ciklin A2/CDK2, što dovodi do zaustavljanja ćelijskog ciklusa i tako inhibira razvoj tumora. Također, ćelijska koncentracija GSDME povećava se kada se ćelije raka želuca liječe određenim lijekovima za hemoterapiju. GSDME zatim aktivira kaspazu-3 i pokreće piroptotsku ćelijsku smrt.
Rak grlića materice može biti uzrokovan infekcijom ljudskim papiloma virusom (HPV). AIM2 protein može prepoznati virusnu DNK u citoplazmi i formirati AIM2 inflamasom, koji se zatim pokreće kanonskim putem piroptoze ovisnom o kaspazi-1. HPV infekcija uzrokuje povećanu regulaciju sirtuin 1 proteina, što remeti faktor transkripcije za AIM2, RelB. Obaranje sirtuina 1 povećava ekspresiju AIM2 i pokreće piroptozu.
Poremećaj metabolizma Nivo ekspresije NLRP3 inflamasoma i kaspaze-1 ima direktnu vezu sa ozbiljnošću nekoliko metaboličkih sindroma, kao što su gojaznost i dijabetes melitus tipa II (T2DM). To je zato što je naknadni nivo proizvodnje IL-1β i IL-18, citokina koji ometaju lučenje insulina, pod uticajem aktivnosti kaspaze-1. Glukozni nivo preuzimanja se tada smanjuje, a stanje je poznato kao rezistencija na insulin. Stanje se dalje ubrzava uništavanjem β ćelija pankreasa izazvanim IL-1β.
Kriopirinopatije