Nucleotide-binding domain 1 (Nod1) is a cytosolic receptor that is responsible for the recognition of a bacterial peptidoglycan motif containing meso-diaminophimelic acid. In this study, we sought to identify the role of Nod1 in host defense in vivo against pulmonary infection by multidrug resistant Acinetobacter baumannii. Wildtype (WT) and Nod1-deficient mice were intranasally infected with $3{\times}10^7CFU$ of A. baumannii and sacrificed at 1 and 3 days post-infection (dpi). Bacterial CFUs, cytokines production, histopathology, and mouse ${\beta}$-defensins (mBD) in the lungs of infected mice were evaluated. The production of cytokines in response to A. baumannii was also measured in WT and Nod1-deficient macrophages. The bacterial clearance in the lungs was not affected by Nod1 deficiency. Levels of IL-6, $TNF-{\alpha}$, and $IL-1{\beta}$ in the lung homogenates were comparable at days 1 and 3 between WT and Nod1-deficient mice, except the $TNF-{\alpha}$ level at day 3, which was higher in Nod1-deficient mice. There was no significant difference in lung pathology and expression of mBDs (mBD1, 2, 3, and 4) between WT and Nod1-deficient mice infected with A. baumannii. The production of IL-6, $TNF-{\alpha}$, and NO by macrophages in response to A. baumannii was also comparable in WT and Nod1-deficient mice. Our results indicated that Nod1 does not play an important role in host immune responses against A. baumannii infection.
Recently, decades of robust researches on degenerative brain disorder have been highlighted on the interactive connection of gut and brain. In terms of inflammatory cytokine production, others have shown that Nucleotide-Binding Oligomerization Domain Containing 2 (NOD2) is involved with Leucine-Rich Repeat Kinase 2 (LRRK2). HEK293T cells were transiently co-transfected with Myc-tagged LRRK2 and Flag-tagged NOD2 and then followed by co-immunoprecipitation assay. In this study, we provide the novel finding of physical protein-protein interaction between NOD2 and LRRK2. G2019S variant has shown stronger interactions against NOD2 than those of wild type LRRK2. In an axis of NOD2-LRRK2 communication, it is believed to pave a new way in the understanding of the bidirectional molecular mechanism of brain disorder, including Parkinson's disease into gut inflammatory disease, including Crohn's disease.
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.
Kwon, Min-Young;Hwang, Narae;Lee, Seon-Jin;Chung, Su Wol
BMB Reports
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v.52
no.11
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pp.665-670
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2019
Nucleotide-binding oligomerization domain protein 2 (NOD2), an intracellular pattern recognition receptor, plays important roles in inflammation and cell death. Previously, we have shown that NOD2 is expressed in vascular smooth muscle cells (VSMCs) and that NOD2 deficiency promotes VSMC proliferation, migration, and neointimal formation after vascular injury. However, its role in endoplasmic reticulum (ER) stress-induced cell death in VSMCs remains unclear. Thus, the objective of this study was to evaluate ER stress-induced viability of mouse primary VSMCs. NOD2 deficiency increased ER stress-induced cell death and expression levels of apoptosis mediators (cleaved caspase-3, Bax, and Bak) in VSMCs in the presence of tunicamycin (TM), an ER stress inducer. In contrast, ER stress-induced cell death and expression levels of apoptosis mediators (cleaved caspase-3, Bax, and Bak) were decreased in NOD2-overexpressed VSMCs. We found that the $IRE-1{\alpha}-XBP1$ pathway, one of unfolded protein response branches, was decreased in NOD2-deficient VSMCs and reversed in NOD2-overexpressed VSMCs in the presence of TM. Furthermore, NOD2 deficiency reduced the expression of XBP1 target genes such as GRP78, PDI-1, and Herpud1, thus improving cell survival. Taken together, these data suggest that the induction of ER stress through NOD2 expression can protect against TM-induced cell death in VSMCs. These results may contribute to a new paradigm in vascular homeostasis.
Nucleotide-binding oligomerization domain 1 (NOD1), a cytosolic pattern recognition receptor protein, plays a crucial role in innate immune responses. However, the functional expression of NOD1 in mesenchymal stem cells (MSCs) derived from endometriosis remains unclear. The aim of this study was to explore the functions of NOD1 in ectopic endometrial lesions. Tissues and MSCs were isolated from both normal endometrium and endometriosis. Immunohistochemistry and real time quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR) were used to determine the expression of NOD1 in the tissues/MSCs. Quantification of various cytokines was performed using RT-qPCR and enzyme-linked immunosorbent assay. To confirm the proliferation, invasion/migration, and apoptotic viabilities of the samples, Cell Counting Kit-8, clonogenic formation, transwell assays, and apoptotic experiments were conducted. Higher levels of NOD1 expression were detected in the ectopic-MSCs obtained from endometriosis compared to those from the endometrium. The expression of interleukin-8 was higher in the ectopic-MSCs than in the eutopic-MSCs. Pretreatment with NOD1 agonist significantly enhanced the proliferation and invasion/migration of eutopic-MSCs. Additionally, the NOD1 inhibitor ML-130 significantly reduced the proliferation, clone formation, invasion, and migration abilities of the ectopic-MSCs, having no effect on their apoptosis capacity. Our findings suggest that the expression of NOD1 in ectopic-MSCs may contribute to the progression of ectopic endometrial lesions.
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.
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.
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.
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.
Obesity has been reported to be associated with low grade inflammatory status. In this study, we investigated the inflammatory response as well as associated signaling molecules in immune cells from diet-induced obese mice. Four-week-old C57BL mice were fed diets containing 5% fat (control) or 20% fat and 1% cholesterol (HFD) for 24 weeks. Splenocytes ($1{\times}10^7$ cells) were stimulated with $10\;{\mu}g/mL$ of lipopolysaccharide (LPS) for 6 or 24 hrs. Production of interleukin (IL)-$1{\beta}$, IL-6, and TNF-${\alpha}$ as well as protein expression levels of nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)2, signal transducer and activator of transcription (STAT)3, and pSTAT3 were determined. Mice fed HFD gained significantly more body weight compared to mice fed control diet ($28.2{\pm}0.6$ g in HFD and $15.4{\pm}0.8$ g in control). After stimulation with LPS for 6 hrs, production of IL-$1{\beta}$ was significantly higher (P=0.001) and production of tumor necrosis factor (TNF)-${\alpha}$ tended to be higher (P < 0.064) in the HFD group. After 24 hrs of LPS stimulation, splenocytes from the HFD group produced significantly higher levels of IL-6 ($10.02{\pm}0.66$ ng/mL in HFD and $7.33{\pm}0.56$ ng/mL in control, P=0.005) and IL-$1{\beta}$ ($121.34{\pm}12.72$ pg/mL in HFD and $49.74{\pm}6.58$ pg/mL in control, P < 0.001). There were no significant differences in the expression levels of STAT3 and pSTAT3 between the HFD and the control groups. However, the expression level of NOD2 protein as determined by Western blot analysis was 60% higher in the HFD group compared with the control group. NOD2 contributes to the induction of inflammation by activation of nuclear factor ${\kappa}B$. These findings suggest that diet-induced obesity is associated with increased inflammatory response of immune cells, and higher expression of NOD2 may contribute to these changes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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