Il citraconato inibisce la catalisi ACOD1 (IRG1), riduce le risposte dell'interferone e lo stress ossidativo e modula l'infiammazione e il metabolismo cellulare

Oct 22, 2023

Nature Metabolism volume 4, pagine 534–546 (2022) Citare questo articolo

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Sebbene le proprietà immunomodulanti e citoprotettive dell'itaconato siano state ampiamente studiate, non è noto se i suoi isomeri naturali, mesaconato e citraconato, abbiano proprietà simili. Qui, mostriamo che l'itaconato è parzialmente convertito in mesaconato a livello intracellulare e che l'accumulo di mesaconato nell'attivazione dei macrofagi dipende dalla precedente sintesi di itaconato. Quando aggiunti alle cellule umane in concentrazioni sovrafisiologiche, tutti e tre gli isomeri riducono i livelli di lattato, mentre l'itaconato è il più potente inibitore della succinato deidrogenasi (SDH). Nelle cellule infettate dal virus dell'influenza A (IAV), tutti e tre gli isomeri alterano profondamente il metabolismo degli aminoacidi, modulano il rilascio di citochine/chemochine e riducono la segnalazione dell'interferone, lo stress ossidativo e il rilascio di particelle virali. Dei tre isomeri, il citraconato è il più potente agonista elettrofilo e nucleare del fattore 2 correlato al fattore eritroide 2 (NRF2). Solo il citraconato inibisce la catalisi dell'itaconato da parte della cis-aconitato decarbossilasi (ACOD1), probabilmente mediante legame competitivo al sito di legame del substrato. Questi risultati rivelano che il mesaconato e il citraconato sono composti immunomodulatori, antiossidanti e antivirali, e il citraconato è il primo inibitore ACOD1 presente in natura.

I piccoli acidi dicarbossilici insaturi itaconico, mesaconico e citraconico sono isomeri presenti in natura che differiscono solo per la posizione di un doppio legame (Fig. 1). L'itaconato è un metabolita chiave dei macrofagi attivati ​​ed è il prodotto dell'enzima mitocondriale ACOD11,2. È stato intensamente studiato come collegamento tra metabolismo e immunità, ha proprietà immunomodulatorie (riviste nei riferimenti 3,4) ed è stato rilevato in biofluidi, cellule e tessuti umani in una varietà di malattie infiammatorie e infettive, nonché in modelli di roditori delle malattie umane (riassunte nel rif. 5). Le informazioni sull'origine e sul catabolismo del mesaconato e del citraconato negli eucarioti sono scarse. Considerando la loro elevata somiglianza strutturale, è ipotizzabile un'interconversione tra i tre isomeri, ad esempio tramite isomerasi endogene. Sulla base del lavoro sul metabolismo dell'itaconato utilizzando mitocondri epatici isolati6, Nemeth et al. ha suggerito che il mesaconato può essere un prodotto del catabolismo dell'itaconato tramite itaconil-CoA7. L'unico studio che suggerisce un meccanismo biosintetico del citraconato negli organismi superiori si basa sulla profilazione dei metaboliti di pazienti con acidemia metilmalonica, dove è stato ipotizzato che sia un catabolita dell'aminoacido a catena ramificata (BCAA) isoleucina8. Esistono prove crescenti che livelli aumentati di mesaconato o citraconato possono essere associati a malattie metaboliche umane (riassunte nel rif. 5). Resta tuttavia da chiarire se questi aumenti di concentrazione siano fisiopatologicamente rilevanti o se rappresentino semplicemente epifenomeni di alterazioni del metabolismo. Negli esseri umani non sono disponibili informazioni sulla distribuzione tissutale del mesaconato o del citraconato. Tuttavia, in uno screening di organi di topi sani, abbiamo recentemente dimostrato che il mesaconato è presente nei linfonodi e il citraconato nei linfonodi e nella milza, aumentando la possibilità di qualche funzione nel sistema immunitario5.

Gli intermedi TCA selezionati e il lattato sono stati misurati mediante HPLC–MS/MS a 6 e 24 ore negli esperimenti di assorbimento dell'isomero itaconato mostrati nella Figura 1 dei dati estesi. Le concentrazioni sono espresse in base al volume cellulare calcolato. a, PCA che illustra forti alterazioni dovute a tutti e tre gli isomeri a 6 ore, ma una relativa normalizzazione degli effetti di mesaconato e citraconato entro 24 ore. b–d, l'isomero misurato è indicato sopra ogni grafico, gli isomeri aggiunti sotto l'asse x. e, Concentrazioni di lattato e intermedi TCA selezionati (concentrazioni indicate sull'asse y) 6 ore dopo l'aggiunta degli isomeri indicati sotto l'asse x. Tutti e tre gli isomeri riducono i livelli di lattato (coerentemente con l'inibizione della glicolisi), ma solo l'itaconato aumenta i livelli di succinato, suggerendo l'inibizione dell'SDH. Citra, acido citraconico; Ita, acido itaconico; Mesa, acido mesaconico. n = 3 repliche biologiche, medie ± sd T-test non accoppiato. *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,01, ***P ≤ 0,001, ****P ≤ 0,0001; NS, non significativo.