The nucleotide-oligomerization domain (NOD) proteins are members of the NOD-like receptor (NLR) family, which are intracellular and cytoplasmic receptors. We analyzed the role of NODs for cytokine production by macrophages infected with intracellular pathogen M. leprae, the causative agent of leprosy. Production of pro-inflammatory cytokines such as IL-$1{\beta}$ and TNF-${\alpha}$ was inhibited in the presence of cytochalasin D, an agent blocking phagocytosis, suggesting that intracellular signaling was, partially, required for macrophage activation to M. leprae infection. Next, we investigated the role of NOD1 and NOD2 proteins on NF-${\kappa}B$ activation and cytokine expression. Treatment with M. leprae significantly increased NF-${\kappa}B$ activation and expression of TNF-${\alpha}$ and IL-$1{\beta}$ in NOD1- and NOD2-transfected cells. Interestingly, their activation and expression were inhibited by cytochalasin D, suggesting that stimulation of NOD proteins may be associated with the enhancement of cytokine production in host to M. leprae.
Invading pathogens are recognized by diverse germline-encoded pattern-recognition receptors (PRRs) which are distributed in three different cellular compartments: extracellular, membrane, and cytoplasmic. In mammals, the major extracellular PRRs such as complements may first encounter the invading pathogens and opsonize them for clearance by phagocytosis which is mediated by membrane-associated phagocytic receptors including complement receptors. The major membrane-associated PRRs, Toll-like receptors, recognize diverse pathogens and generate inflammatory signals to coordinate innate immune responses and shape adaptive immune responses. Furthemore, certain membrane-associated PRRs such as Dectin-1 can mediate phagocytosis and also induce inflammatory response. When these more forefront detection systems are avoided by the pathogens, cytoplasmic PRRs may play major roles. Cytoplasmic caspase-recruiting domain (CARD) helicases such as retinoic acid-inducible protein I (RIG-I)/melanoma differentiation-associated gene 5 (MDA5), mediate antiviral immunity by inducing the production of type I interferons. Certain members of nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like receptors such as NALP3 present in the cytosol form inflammasomes to induce inflammatory responses upon ligand recognition. Thus, diverse families of PRRs coordinately mediate immune responses against diverse types of pathogens.
Hwang, Hyun Sook;Lee, Mi Hyun;Choi, Min Ha;Kim, Hyun Ah
BMB Reports
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v.52
no.6
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pp.373-378
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2019
The nucleotide-binding and oligomerization domain (NOD) is an innate pattern recognition receptor that recognizes pathogen- and damage-associated molecular patterns. The 29-kDa amino-terminal fibronectin fragment (29-kDa FN-f) is a matrix degradation product found in the synovial fluids of patients with osteoarthritis (OA). We investigated whether NOD2 was involved in 29-kDa FN-f-induced pro-catabolic gene expression in human chondrocytes. The expression of mRNA and protein was measured using quantitative real-time polymerase chain reaction (qrt-PCR) and Western blot analysis. Small interfering RNAs were used for knockdown of NOD2 and toll-like receptor 2 (TLR-2). An immunoprecipitation assay was performed to examine protein interactions. The NOD2 levels in human OA cartilage were much higher than in normal cartilage. NOD1 and NOD2 expression, as well as pro-inflammatory cytokines, including interleukin-1beta (IL-$1{\beta}$) and tumor necrosis factor-alpha (TNF-${\alpha}$), were upregulated by 29-kDa FN-f in human chondrocytes. NOD2 silencing showed that NOD2 was involved in the 29-kDa FN-f-induced expression of TLR-2. Expressions of IL-6, IL-8, matrix metalloproteinase (MMP)-1, -3, and -13 were also suppressed by TLR-2 knockdown. Furthermore, NOD2 and TLR-2 knockdown data demonstrated that both NOD2 and TLR-2 modulated the expressions of their adaptors, receptorinteracting protein 2 (RIP2) and myeloid differentiation 88, in 29-kDa FN-f-treated chondrocytes. 29-kDa FN-f enhanced the interaction of NOD2, RIP2 and transforming growth factor beta-activated kinase 1 (TAK1), an indispensable signaling intermediate in the TLR-2 signaling pathway, and activated nuclear factor-${\kappa}B$ (NF-${\kappa}B$), subsequently leading to increased expressions of pro-inflammatory cytokines and cartilage-degrading enzymes. These results demonstrate that 29-kDa FN-f modulated pro-catabolic responses via cross-regulation of NOD2 and TLR-2 signaling pathways.
Toxoplasma gondii is an obligate intracellular parasite that stimulates production of high levels of proinflammatory cytokines, which are important for innate immunity. NLRs, i.e., nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like receptors, play a crucial role as innate immune sensors and form multiprotein complexes called inflammasomes, which mediate caspase-1-dependent processing of $pro-IL-1{\beta}$. To elucidate the role of inflammasome components in T. gondiiinfected THP-1 macrophages, we examined inflammasome-related gene expression and mechanisms of inflammasome-regulated cytokine $IL-1{\beta}$ secretion. The results revealed a significant upregulation of $IL-1{\beta}$ after T. gondii infection. T. gondii infection also upregulated the expression of inflammasome sensors, including NLRP1, NLRP3, NLRC4, NLRP6, NLRP8, NLRP13, AIM2, and NAIP, in a time-dependent manner. The infection also upregulated inflammasome adaptor protein ASC and caspase-1 mRNA levels. From this study, we newly found that T. gondii infection regulates NLRC4, NLRP6, NLRP8, NLRP13, AIM2, and neuronal apoptosis inhibitor protein (NAIP) gene expressions in THP-1 macrophages and that the role of the inflammasome-related genes may be critical for mediating the innate immune responses to T. gondii infection.
Since the identification and characterization of toll-like receptors (TLR) in Drosophila, numerous scientific studies have examined the role of TLRs in host innate immunity. Recent studies have suggested a convergence of the nuclear factor kappa B (NF-${\kappa}B$) signaling and cytokine production regulated by the cytosolic elicitor known as NLRs (nucleotide-binding domain and leucine-rich repeat containing domain receptors) as a key modulator in inflammatory diseases. Among the NLRs, NOD1 and NOD2 have been intensively investigated for its role in inflammatory bowel disease (IBD). On the other hand, NLRs such as NLRP3, NLRP1, and NLRC4 (also known as IPAF) have been identified to form the inflammasome to activate downstream signaling molecules in response to pathogenic microbes. There is evidence to suggest that substantial crosstalk exists for the TLR and NLR signaling pathway in response to pathogen associated molecular pattern (PAMP). However, the substrate and the mechanistic role of NLRs are largely unknown in innate immune response. Understanding the signaling mechanisms by which NLRs recognize PAMP and other danger signals will shed light on elucidating the pathogenesis of various human inflammatory diseases such as IBD.
Innate immune response is initiated by the recognition of unique microbial molecular patterns through pattern recognition receptors (PRRs). The purpose of this study is to dissect the expression of various PRRs in gingival epithelial cells of differentiated versus undifferentiated states. Differentiation of immortalized human gingival epithelial HOK-16B cells was induced by culture in the presence of high $Ca^{2+}$ at increased cell density. The expression levels of various PRRs in HOK-16B cells were examined by realtime reverse transcription polymerase chain reaction (RTPCR) and flow cytometry. In addition, the expression of human beta defensins (HBDs) was examined by real time RT-PCR and the amounts of secreted cytokines were measured by enzyme linked immunosorbent assay. In undifferentiated HOK-16B cells, NACHT-LRR-PYDcontaining protein (NALP) 2 was expressed most abundantly, and toll like receptor (TLR) 2, TLR4, nucleotide-binding oligomerization domain (NOD) 1, and NOD2 were expressed in substantial levels. However, TLR3, TLR7, TLR8, TLR9, ICE protease-activating factor (IPAF), and NALP6 were hardly expressed. In differentiated cells, the levels of NOD2, NALP2, and TLR4 were different from those in undifferentiated cells at RNA but not at protein levels. Interestingly, differentiated cells expressed the increased levels of HBD-1 and -3 but secreted reduced amount of IL-8. In conclusion, the repertoire of PRRs expressed by gingival epithelial cells is limited, and undifferentiated and differentiated cells express similar levels of PRRs.
Respiratory syncytial virus (RSV) is the leading cause of respiratory infection in infants and young children. Severe clinical manifestation of RSV infection is a bronchiolitis, which is common in infants under six months of age. Recently, RSV has been recognized as an important cause of respiratory infection in older populations with cardiovascular morbidity or immunocompromised patients. However, neither a vaccine nor an effective antiviral therapy is currently available. Moreover, the interaction between the host immune system and the RSV pathogen during an infection is not well understood. The innate immune system recognizes RSV through multiple mechanisms. The first innate immune RSV detectors are the pattern recognition receptors (PRRs), including toll-like receptors (TLRs), retinoic acid-inducible gene-I (RIG-I)-like receptors (RLRs), and nucleotide-biding oligomerization domain (NOD)-like receptors (NLRs). The following is a review of studies associated with various PRRs that are responsible for RSV virion recognition and subsequent induction of the antiviral immune response during RSV infection.
This study aimed to determine the function of LINC00511 in Nod-Like Receptor Pyrin Domain 3 inflammasome-mediated chondrocyte pyroptosis via the regulation of miR-9-5p and FUT 1. Chondrocyte inflammatory injury was induced by treating chondrocytes with LPS. Afterwards, the levels of IL-1β and IL-18, the expression of NLRP3, ASC, Caspase-1, and GSDMD, cell viability, and LDH activity in chondrocytes were assessed. LINC00511 expression in LPS-treated chondrocytes was detected, and LINC00511 was subsequently silenced to analyse its role in chondrocyte pyroptosis. The subcellular localization of LINC00511 was predicted and verified. Furthermore, the binding relationships between LINC00511 and miR-9-5p and between miR-9-5p and FUT1 were validated. LINC00511 regulated NLRP3 inflammasome-mediated chondrocyte pyroptosis through the miR-9-5p/FUT1 axis. LPS-treated ATDC5 cells exhibited elevated levels of inflammatory injury; increased levels of NLRP3, ASC, Caspase-1, and GSDMD; reduced cell viability; increased LDH activity; and increased LINC00511 expression, while LINC00511 silencing inhibited the NLRP3 inflammasome to restrict LPS-induced chondrocyte pyroptosis. Next, LINC00511 sponged miR-9-5p, which targeted FUT1. Silencing LINC00511 suppressed FUT1 by upregulating miR-9-5p. Additionally, downregulation of miR-9-5p or overexpression of FUT1 neutralized the suppressive effect of LINC00511 knockdown on LPS-induced chondrocyte pyroptosis. Silencing LINC00511 inhibited the NLRP3 inflammasome to quench Caspase-1-dependent chondrocyte pyroptosis in OA by promoting miR-9-5p and downregulating FUT1.
Phytoestrogens display estrogen-like activity because of their structural similarity to human estrogens and exhibit high affinity binding for the estrogen receptors (ERs). The prevalence of phytoestrogens in our diets and the biological effects that they may cause need to be fully examined. ER is the ancestral receptor from which all other steroid receptors have evolved. Although phytoestrogens serve specific signaling functions between the plants and insects, fungi, and bacteria, many chemical signals are often misinterpreted as estrogenic signals in non-target organisms such as vertebrates. There are no ERs in plants or in their most common partners, insects. However, Rhizobium soil bacteria have NodD proteins which is an intended target of phytoestrogen signaling and share genetic homology with the ER. These two evolutionarily distant receptors both recognize and respond to a shared group of chemical signals and ligands, including both agonists and antagonists. This review briefly summarizes estrogen and estrogen receptors, kinds of important phytoestrogens, their health effects as well as some of the evolutionary aspects of mechanism by which phytoestrogen mimics the endogenous ER signaling in our body.
Legume plants develop root nodules to recruit nitrogen-fixing bacteria called rhizobia. This symbiotic relationship allows the host plants to grow even under nitrogen limiting environment. Since nodule development is an energetically expensive process, the number of nodules should be tightly controlled by the host plants. For this purpose, legume plants utilize a long-distance signaling known as autoregulation of nodulation (AON). AON signaling in legumes has been extensively studied over decades but the underlying molecular mechanism had been largely unclear until recently. With the advent of the model legumes, L. japonicus and M. truncatula, we have been seeing a great progress including isolation of the AON-associated receptor kinase. Here, we summarize recent studies on AON and discuss an updated view of the long-distance control of nodulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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