NLRP3

NLRファミリーピリンドメイン含有3（NLRP3）は、ヒトでは染色体1の長腕に位置するNLRP3遺伝子によってコードされるタンパク質である^{[ 5 ]}。^{[ 6 ]} NLRP3は以前はNACHT、LRR、およびPYDドメイン含有タンパク質3（NALP3）、クリオピリン、寒冷誘発性自己炎症症候群1（CIAS1）、キャタピラー様受容体1.1（CLR1.1）、およびピリン含有APAF1様タンパク質1（PYPAF1）として知られていた。^{[ 7 ]}

NLRP3は、病原体関連分子パターン（PAMP）および損傷関連分子パターン（DAMP）に反応する細胞質センサーであるパターン認識受容体（PRR）として機能する自然免疫系の構成要素です。NLRP3は、PRRのNOD様受容体（NLR）ファミリーに属します。 ^{[ 8 ]}

NLRP3は主にマクロファージで発現し、そこでインフラマソームの構成要素として機能します。^{[ 9 ] [ 10 ]} NLRP3インフラマソームは炎症と免疫応答を引き起こし、パイロトーシスまたはPANoptosisを介して細胞死を引き起こします。^{[ 11 ]} 2004年に発見されて以来、NLRP3インフラマソームは自然免疫の重要な構成要素として浮上し、NLRP3遺伝子の変異は多くの臓器特異的自己免疫疾患、自己炎症性疾患、および癌と関連付けられています。したがって、NLRP3インフラマソームは最もよく理解されているインフラマソームとなり、炎症研究の中心的な焦点となっています。

NLRP3のドメイン構造は、その正式名称であるヌクレオチド結合ドメイン、ロイシンリッチリピートファミリー、ピリン含有ドメイン3に反映されている。このタンパク質は、N末端ピリンドメイン（PYD）、ヌクレオチド結合部位（NBS）を含むNACHTドメイン、およびC末端LRRモチーフから構成される。NACHT、LRR、およびPYDは、それぞれ以下の頭字語である。

• NACHT – NA IP（神経細胞アポトーシス阻害タンパク質）、C 2TA（ MHCクラス2転写活性化因子）、H ET-E（ヘテロカリオン不適合性）、TP1（テロメラーゼ関連タンパク質1）
• LRR –ロイシンリッチリピート、^{[ 12 ]}また、「NLR」という用語にも含まれる「ヌクレオチド結合ドメイン、ロイシンリッチリピート」^{[ 8 ]}
• PYD – P YRINドメインは、ピリンタンパク質にちなんで名付けられました。^{[ 13 ]}

利用可能な極低温電子顕微鏡（cryo-EM）構造は、不活性状態では、NLRP3が環状または円盤状のオリゴマーを形成し、その中でLRRが相互作用してPYDを保護するケージを形成することを示唆している。活性化されると、NLRP3はコンフォメーション変化を起こしてPYDを露出し、^{[ 14 ] [ 15 ]} NLRP3のPYDは、CARDを含むアポトーシス関連斑点様タンパク質（ASC）として知られるアダプタータンパク質のPYDと相互作用すると考えられている。^{[ 14 ]}カスパーゼリクルートメントドメイン（CARD）を含むタンパク質は、炎症および免疫応答に広く関与していることが示されている。^{[ 5 ]}

NLRP3の活性化は、危険シグナル（PAMPs（ウイルスRNAやタンパク質など^{[ 16 ]} ）、DAMPs（結晶性尿酸や損傷した細胞から放出される細胞外ATPなど^{[ 17 ] ）、またはその他の恒常性の破壊[ 18 ]}）に応答して起こる。しかし、現在、活性化の統一的なメカニズムはなく、NLRP3が特定のリガンドに結合するのか、あるいはより一般的に恒常性の喪失に応答するのかは不明である^{[ 19 ] 。}

コンテキスト依存的なNLRP3活性化には、さまざまな活性化および調節メカニズムが特定されている。活性化シグナルがない場合、NLRP3は細胞質内でHSP90およびSGT1と複合体を形成して不活性状態に保たれていることがいくつかの研究で示唆されている。特定の状況下では、細胞膜に存在する機械感受性イオンチャネルからの流出によって引き起こされる細胞内カリウム（K ⁺）レベルの低下により、NLRP3が活性化される可能性がある^{[ 20 ] 。 [ 21 ]しかし、他のトリガーはK +}非依存性の免疫シグナル伝達を介してNLRP3を活性化させるため^{[ 19 ] [ 22 ]} 、これは普遍的なメカニズムではないことが示唆される。活性酸素種（ROS）も活性化に寄与する可能性があるが、そのような調節の正確なメカニズムはまだ解明されていない。^{[ 23 ]}活性化にはミトコンドリアやトランスゴルジネットワークなど複数の細胞小器官が関与している可能性が高いが、NLRP3の細胞小器官ダイナミクスの包括的な全体像はまだ明らかになっていない。^{[ 15 ]}翻訳後修飾もNLRP3の調節に役割を果たしている。^{[ 24 ]}これらのうち最もよく知られているのは、NIMA関連キナーゼ7（NEK7）によるリン酸化であり、これはマウスではNLRP3の活性化に必須であるが、ヒトでは必須ではない。^{[ 14 ]}

具体的な活性化メカニズムに関わらず、NLRP3の活性化により、アダプタータンパク質ASCと結合して、NLRP3インフラマソームとして知られるカスパーゼ-1活性化複合体が形成される。

NLRP3は主にインフラマソームを介して機能します。ASCはアダプタータンパク質として働き、NLRP3リングの中心から伸びる線維にオリゴマー化して、直径約1μmの複合体を形成します^{[ 14 ] [ 25 ]} 。この構造がインフラマソームの他の構成要素の核となります。

線維状ASCのC末端CARDはプロカスパーゼ-1分子に結合し、切断によって活性プロテアーゼカスパーゼ-1に自己活性化される。^{[ 26 ]} NLRP3を介したカスパーゼ-1の活性化は、自然免疫において2つの主要な役割を果たす。炎症性サイトカインIL-1βとIL-18を活性化し、^{[ 27 ]}ガスダーミンDを活性化する。^{[ 28 ]}切断された活性型ガスダーミンDサブユニットはオリゴマー化して細胞膜孔を形成し、活性化されたIL-1βとIL-18を優先的に放出する。^{[ 29 ]}

サイトカイン放出を媒介するだけでなく、NLRP3インフラマソームは炎症性溶解性細胞死の重要な媒介因子でもある。細胞死の終点として膜孔形成と溶解が起こると、さらにサイトカインとDAMPsが放出され、炎症反応が強化される。 ^{[ 30 ]} NLRP3を介した細胞死は従来、カスパーゼ-1に完全に依存する炎症性細胞死の一形態であるパイロトーシスに起因すると考えられてきた。しかし、NLRP3を介した細胞死は、代わりにPANoptosis ^{[ 31 ]}を介して起こることもある。PANoptosisは、自然免疫センサーによって開始され、カスパーゼと受容体相互作用セリン/スレオニンプロテインキナーゼ（RIPK） 1および3によって駆動される、独特な自然免疫炎症性細胞死経路である。^{[ 28 ]} NLRP3はPANoptosisセンサーとして機能するが、NLRP3とそのインフラマソーム構成要素は、センサー分子NLRP12、NLRC5、およびZBP1に関連するPANoptosome（PANoptosisを媒介する免疫複合体）の構成要素としても同定されている。^{[ 28 ]}

サイトカイン放出と炎症性細胞死を促進する役割を通じて、NLRP3は宿主防御の中心的役割を担っています。NLRP3インフラマソームは、細菌、ウイルス、真菌などの病原体に対する反応として活性化されます。^{[ 32 ]}例えば、細菌の中では、NLRP3は、STAT6とSPDEFを活性化することによって、黄色ブドウ球菌とサルモネラ菌^{[ 32 ]}、および肺炎連鎖球菌感染症に対する防御を提供すると示唆されています。^{[ 33 ]}ウイルスの中では、 B型肝炎ウイルス、SARS-CoV-2、インフルエンザウイルス、およびヒト免疫不全ウイルス（HIV） による感染と関連付けられています。^{[ 32 ]}

感染以外にも、NLRP3はいくつかの状況で癌細胞の死を媒介しており、大腸癌に関するいくつかの研究では^{[ 34 ]}、肝細胞癌の研究ではNLRP3インフラマソームの構成要素がダウンレギュレーションされているか、または存在しないことがわかった^{[ 35 ] 。}

NLRP3インフラマソームの有益な機能にもかかわらず、その調節異常は、広範囲の疾患や癌の病因と関連している。^{[ 32 ] [ 34 ] [ 36 ]}特に、NLRP3遺伝子の変異は自己活性化インフラマソームを引き起こす^{[ 37 ]} 。実際、NLRP3は、クリオピリン関連周期性症候群（CAPS）を引き起こす変異によって最初に発見された^{[ 38 ]} 。CAPSは、家族性寒冷自己炎症症候群（FCAS）、マックル・ウェルズ症候群（MWS）、慢性乳児神経皮膚関節症候群（ CINCA ）、新生児発症多系統炎症性疾患（NOMID）、遺伝性角膜内皮炎などを含む、優性遺伝性のNLRP3関連自己炎症性疾患のスペクトラムである。^{[ 5 ] [ 39 ]}さらに、調節異常な NLRP3 活性は、^{痛風 [ 17 ]、出血性脳卒中 [} 40 ] ^、およびアルツハイマー病、^{パーキンソン病、}プリオン病などのタンパク質ミスフォールディング疾患で発生する神経炎症の病態形成に関与している。 [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] Nlrp3 または他のインフラマソーム構成要素の欠失は、痛風、2 型糖尿病、多発性硬化症、アルツハイマー病、およびアテローム性動脈硬化症のマウスモデル^{で疾患を改善することが示され}ている。 [ 44 ]さらに、感染時には、^{NLRP3インフラマ}ソームの過剰活性化により、過剰な炎症と病理が引き起こされる可能性がある。^{[ 32 ]}

がんの文脈では、特定の悪性腫瘍に対するがん抑制におけるNLRP3の役割が研究で示されているが、他のがんではNLRP3およびNLRP3インフラマソームが腫瘍形成と正の相関関係にある。^{[ 34 ] [ 36 ]}例えば、膵管腺癌（PDAC）、メラノーマ細胞、急性骨髄性白血病、およびその他のがんタイプのがん組織では、NLRP3および/またはNLRP3インフラマソームの高発現が観察されている。^{[ 34 ] [ 36 ]}

細胞死、炎症、病原性の促進における広範な役割を通じて、NLRP3インフラマソームは、炎症を基盤とするさまざまな疾患の潜在的な薬剤標的として注目を集めており、多数の阻害剤が研究されてきた。 ^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}ジアリルスルホニル尿素MCC950は、不活性NLRP3構造をロックできる強力かつ選択的なNLRP3阻害剤として特に有望であると考えられていた^{。[ 48 ] [ 49 ]}しかし、第II相臨床試験では肝毒性の可能性のある兆候が確認された。^{[ 50 ]} NodtheraとInflazomeは第I相臨床試験に入っており、 Olactec Therapeuticsが開発したβ-スルホニルニトリル分子化合物であるDapansutrile（OLT1177）は、心不全、変形性関節症、痛風性関節炎の治療のための選択的NLRP3阻害剤として臨床試験で評価されている。^{[ 51 ]}ルボノファースト（NT-0796）は、ノドセラ社が開発中の別のNLRP3阻害剤であり、現在臨床試験中です。^{[ 52 ] [ 53 ]}臨床使用が承認された阻害剤はまだありません。

NLRP3 を阻害する別のアプローチは、その上流の活性化または下流のシグナル伝達を阻害することです。たとえば、代謝物であるβ- ヒドロキシ酪酸は、K ⁺流出を阻害することにより、前臨床モデルで NLRP3 を介した炎症性疾患をブロックすることが示されています。^{[ 54 ]}ガスデルミン D および IL-1β を標的とする他​​の阻害剤も評価されており、IL-1β の阻害は、特に CAPS など、多くの疾患で臨床的に有効であることが証明されています。^{[ 55 ]}より多くの患者集団で使用できる効果的な阻害剤を特定することが依然として緊急に必要とされています。NLRP3 とその炎症性メディエーターを標的とする取り組みは大きな勢いを得ており、新しい阻害剤の開発はダイナミックな分野であり続けています。

• UniProtのPDBで利用可能なすべての構造情報の概要：PDBe-KBのQ96P20（NACHT、LRR、PYDドメイン含有タンパク質3）。