Impact of the inflammasome on hematopoiesis and pyroptosis : pharmacological target discovery and drug validation for the treatment of anemia

Abstract

Las enfermedades crónicas y los trastornos hematopoyéticos están estrechamente vinculados a la disfunción del inflamasoma. En esta tesis doctoral, se utilizaron modelos de pez cebra para investigar cómo la inflamación, y en particular el inflamasoma y la muerte celular por piroptosis, influyen en la hematopoyesis. En el primer capítulo, la inhibición genética del inflamasoma en macrófagos aumentó el número de estas células en larvas de pez cebra con inflamación cutánea, sin afectar los recuentos de eritrocitos o neutrófilos. De manera similar, la inhibición del inflamasoma en neutrófilos incrementó su número bajo condiciones inflamatorias sin alterar otros tipos celulares. Por otro lado, la hiperactivación del inflamasoma en neutrófilos promovió su muerte, pero esta fue mitigada por la inhibición farmacológica de Gasdermina E (Gsdme). Esto subraya el papel del inflamasoma mieloide en la piroptosis, mediada por Gsdme, en el pez cebra. En el segundo capítulo, dilucidamos el mecanismo de activación del inflamasoma NLRP1 en las células madre y progenitoras hematopoyéticas (HSPCs). La diferenciación eritroide de las HSPCs activó el eje de la quinasa ZAKα/P38, lo que promovió la fosforilación, ensamblaje y activación de NLRP1. La inhibición de ZAKα con el fármaco Nilotinib, aprobado por la FDA/EMA, alivió la neutrofilia en un modelo de pez cebra con inflamación neutrofílica y promovió la diferenciación eritroide y la acumulación de GATA1 en células humanas K562. Estos sugiere nuevas vías terapéuticas para tratar trastornos hematopoyéticos asociados con inflamación crónica. En el tercer capítulo, se exploró el potencial terapéutico de los inhibidores de ZAKα, específicamente los inhibidores de tirosina quinasa (TKI) aprobados por la FDA/EMA, para tratar la anemia de Diamond-Blackfan (DBA). Nilotinib promovió la diferenciación eritroide en células K562 al aumentar la acumulación de GATA1 y al inhibir el eje ZAKα/P38/NLRP1/CASP1. Estos efectos se confirmaron en HSPCs humanas CD34+ y en modelos de pez cebra, donde Nilotinib y otros TKI aumentaron la eritropoyesis a expensas de la mielopoyesis y redujeron la actividad de caspasa-1. Además, los TKI también mejoraron la diferenciación eritroide defectuosa en un modelo humano de DBA con edición de RPS19 y en HSPCs de pacientes con DBA. Por lo tanto, la reutilización de los TKI presenta una prometedora estrategia terapéutica para la DBA y posiblemente otras anemias congénitas y trastornos de la línea mieloide. En el cuarto capítulo, investigamos el papel no canónico de Ninjurin-1 (Ninj1) en la formación de HSPCs en larvas de pez cebra. Las larvas deficientes en Ninj1 mostraron una reducción de neutrófilos, eritrocitos y HSPCs, junto con una disminución en la actividad de caspasa-1, lo que sugiere un papel más amplio que su función conocida en la ruptura de la membrana plasmática. La deficiencia de Ninj1 alivió la neutrofilia y la inflamación cutánea. Se identificaron residuos conservados críticos para la actividad de ruptura de la membrana plasmática de Ninj1 en pez cebra mediante análisis mutante. Además, la deficiencia de Ninj1 afectó la respuesta a infecciones bacterianas, reduciendo el reclutamiento de células inmunitarias y la supervivencia, mientras que la sobreexpresión de Ninj1A56P, sin actividad de ruptura de membrana, aumentó la susceptibilidad larval y el reclutamiento de células mieloides. Importante, encontramos que Ninj1 y Ninj2 regulaban de manera redundante la hematopoyesis a través de la señalización Wnt. La deficiencia combinada de ambos ninjurins redujo drásticamente todas las líneas celulares sanguíneas, subrayando su papel esencial en la aparición de HSPCs desde el endotelio hemogénico. Los análisis de expresión génica, reporteros Wnt y experimentos genéticos confirmaron la participación de los ninjurins en el desarrollo de HSPCs. Nuestros estudios avanzan en la comprensión del inflamasoma y otras vías moleculares en la hematopoyesis y la inflamación, revelando posibles estrategias terapéuticas para tratar trastornos hematopoyéticos.