Membrane damage and inflammasome activation during Mtb infection

Tuberkulose, som forårsakes av Mycobacterium tuberculosis (Mtb), er et globalt helseproblem, og økt forståelse av de molekylære mekanismene bak Mtb-infeksjon er viktig. På enkeltcellenivå kan Mtb-infeksjon føre til aktivering av NLRP3-inflammasomet, og skade på plasmamembranen kan være en drivkraft bak dette. Proteinsystemet ESCRT har de siste årene vist seg å være viktig i plasmamembranreparasjon, og kan dermed ha en rolle i dette systemet. I tillegg kan autofagimaskineri rekrutteres til Mtb når bakterien er fri i cytosol. Autofagi kan derfor også påvirke utfallet. Arbeidet som beskrives i denne masteroppgaven hadde som målsetning å avdekke nye detaljer om det molekylære samspillet mellom fagosomal rømning, autofagi og membranreparasjon under NLRP3-inflammasomaktivering og mykobakteriell infeksjon. Total intern refleksjonfluorescensmikroskopi (TIRF-mikroskopi) på levende THP-1-celler ble benyttet for å undersøke dette. Celler som uttrykte fluorescensmerkede proteiner ble infisert med auxotrofen Mtb mc26206, og deretter studert med TIRF-mikroskopi. Resultatene ble sammenliknet med resultater fra behandling av cellene med nanosilica, som er en kjent NLRP3-trigger via lysosomødeleggelse. Videre ble det fluorescente fargestoffet Calbryte 590 AM brukt til å undersøke rollen til kalsiumflukser. Resultatene viste at etter bakterien fikk tilgang til cytosol, identifisert ved rekruttering av galectin 3 (gal3), kunne man ofte se rekruttering av det ESCRT-assosierte proteinet ALG2 til plasmamembranen. Omtrent halvparten av ALG2-rekrutteringshendelsene skjedde på samme sted som en gal3-positiv membranlomme. Denne rekrutteringen korrelerte med kalsiumtilstrømning i cytosol. Autofagimaskineri ble i større grad rekruttert til gal3-positive membranlommer som ikke var relatert til plasmamembranrekruttering av ALG2. Autofagi kan altså være en negative regulator av prosessen. Inhibering av autofagi resulterte imidlertid ikke i noen endring i ALG2-mønsteret. Disse resultatene støtter at NLRP3-triggere som utøver lysosomskade har kalsiumtilstrømning som en fellesnevner. Videre sees det at Mtb-infeksjon kontrolleres av ESCRT, som forsøker å reparere bakterie-mediert skade på plasmamembranen. Denne plasmamembranskaden kan være en drivkraft for NLRP3-aktivering. Disse funnene er interessante i flere kontekster – både for å forstå de molekylære mekanismene bak Mtb-infeksjon, og for å forstå sykdommer relatert til dysfunksjonell NLRP3

Plasma membrane damage causes NLRP3 activation and pyroptosis during Mycobacterium tuberculosis infection

Mycobacterium tuberculosis is a global health problem in part as a result of extensive cytotoxicity caused by the infection. Here, we show how M. tuberculosis causes caspase-1/NLRP3/gasdermin D-mediated pyroptosis of human monocytes and macrophages. A type VII secretion system (ESX-1) mediated, contact-induced plasma membrane damage response occurs during phagocytosis of bacteria. Alternatively, this can occur from the cytosolic side of the plasma membrane after phagosomal rupture in infected macrophages. This damage causes K+ efflux and activation of NLRP3-dependent IL-1β release and pyroptosis, facilitating the spread of bacteria to neighbouring cells. A dynamic interplay of pyroptosis with ESCRT-mediated plasma membrane repair also occurs. This dual plasma membrane damage seems to be a common mechanism for NLRP3 activators that function through lysosomal damage

Plasma membrane damage causes NLRP3 activation and pyroptosis during Mycobacterium tuberculosis infection

Mycobacterium tuberculosis is a global health problem in part as a result of extensive cytotoxicity caused by the infection. Here, we show how M. tuberculosis causes caspase-1/NLRP3/gasdermin D-mediated pyroptosis of human monocytes and macrophages. A type VII secretion system (ESX-1) mediated, contact-induced plasma membrane damage response occurs during phagocytosis of bacteria. Alternatively, this can occur from the cytosolic side of the plasma membrane after phagosomal rupture in infected macrophages. This damage causes K+ efflux and activation of NLRP3-dependent IL-1β release and pyroptosis, facilitating the spread of bacteria to neighbouring cells. A dynamic interplay of pyroptosis with ESCRT-mediated plasma membrane repair also occurs. This dual plasma membrane damage seems to be a common mechanism for NLRP3 activators that function through lysosomal damage