Emerging role of PML in the modulation of NLRP3-mediated inflammatory responses

Promyelocytic leukemia protein (PML) è una proteina che, oltre a svolgere un ruolo ben riconosciuto nel controllo dell'espressione genica nel nucleo, agisce anche a livello delle cosiddette membrane associate ai mitocondri (MAMs). In questo compartimento cellulare, PML controlla il metabolismo mitocondriale e i processi di morte cellulare, come l'apoptosi e l'autofagia, attraverso la regolazione del trasporto di Ca2+ ai mitocondri. Le MAMs svolgono una funzione importante nei meccanismi di segnalazione infiammatoria mediati dall’inflammasoma NLRP3. In condizioni di riposo, NLRP3 si localizza a livello del reticolo endoplasmatico (ER), mentre in risposta a stimoli, sia NLRP3 che il suo adattatore ASC traslocano nelle MAMs, guidando l'assemblaggio dell'inflammasoma. Abbiamo dimostrato che a livello delle MAMs, PML, NLRP3 e P2X7R formano un complesso trimerico che modula le risposte dell'inflammasoma e il rilascio di IL-1. In particolare, abbiamo dimostrato che, in risposta a condizioni di stress, la mancanza di PML promuove la traslocazione di P2X7R nelle MAMs e, di conseguenza, il rilascio di citochine correlate all’attivazione del NLRP3. Inoltre, alti livelli di IL-1β nel microambiente tumorale (TME) privo di PML, generano un ambiente permissivo per la crescita accelerata del tumore. L'inibizione farmacologica di NLRP3 o del suo attivatore P2X7R è in grado di ridurre il rilascio di IL-1β e di rallentare la crescita tumorale. I nostri dati hanno rivelato una nuova funzione di PML nelle regioni ER/MAMs nella regolazione dell'asse P2X7/NLRP3 e delle risposte infiammatorie. La radioterapia (RT) è una delle terapie antitumorali più utilizzate, oltre il 50% di tutti i pazienti oncologici ricevono irradiazioni durante il corso della loro malattia. Tuttavia, la RT è associata a complicazioni cardiovascolari a lungo termine, come l'aterosclerosi. Abbiamo dimostrato che la RT tradizionale, frazionata a basse dosi, stimola fortemente l'inflammasoma NLRP3 portando all'ipersecrezione di IL-1β in un contesto in cui PML è assente. Inoltre, abbiamo rivelato che l'aumento del rilascio di IL-1β è il principale responsabile della disfunzione endoteliale, lo stadio iniziale dell'aterosclerosi. Secondo i nostri risultati, la RT sembra indurre un'infiammazione sostenuta mediata da NLRP3 in assenza di PML, con conseguente iperproduzione di citochine pro-infiammatorie che innescano l'attivazione dei marcatori di adesione endoteliale e portano alla disfunzione endoteliale. Modulando l'impatto della RT sul sistema immunitario e sull'infiammazione NLRP3-mediata si potrebbero definire nuovi protocolli di RT e migliorare il tasso di sopravvivenza dei pazienti oncologici.

Promyelocytic leukemia protein (PML) is a moonlighting protein that, in addition to playing a well-recognized role in controlling gene expression in the nucleus, acts at the ER-mitochondria interfaces, at the so-called mitochondria-associated membranes (MAMs) where controls mitochondrial metabolism and cell death processes, as apoptosis and autophagy, through the regulation of Ca2+ transfer to mitochondria. MAMs were identified as platforms for inflammatory signaling, regulated by NLRP3 inflammasome. In resting conditions, the NLRP3 localizes at the ER, whereas in response to danger signals, both NLRP3 and its adaptor ASC relocate to MAMs, driving inflammasome assembly. Here, we provide evidence that PML and NLRP3 together with P2X7R form a trimeric complex at MAMs that modulates inflammasome responses and IL-1 release. In particular, we demonstrated that loss of PML promotes the release of a cytokines storm NLRP3-related in response to stress conditions due to the increased relocation of P2X7R at MAMs. Moreover, the increased amount of IL-1β released in the tumor microenvironment (TME) in hosts lacking PML producing a permissive environment for tumor growth. Pharmacological inhibition of NLRP3 or of its activator P2X7R reduces IL-1 release and slows down tumor growth in a PML-deficient background. Our data revealed a new function of PML at the ER/MAM regions in regulating P2X7/NLRP3 axis and inflammation responses. Radiotherapy (RT) is one of the most widely employed cancer therapies, with about half of all cancer patients undergoing irradiation during their disease. However, RT is associated with long-term cardiovascular complications such as atherosclerosis. We demonstrated that traditional fractionated low doses of RT strongly stimulate NLRP3 inflammasome through hypersecretion of IL-1 in a PML-deficient background. In addition, we revealed that the enhanced release of IL-1 is the main actor of endothelial dysfunction, the early stage of atherosclerosis. According to our results, RT could induce a sustained NLRP3-mediated inflammation in the absence of PML, resulting in the overproduction of pro-inflammatory cytokines which trigger the activation of endothelial adhesion markers and lead to endothelial dysfunction. Modulating the impact of RT on the immune system and in NLRP3-mediated inflammation could define new RT protocols and improve cancer patients’ survival rate