Innate immune-mediated NLRP3 inflammasome plays a major role in cellular invasion and senescence caused by extra centrosomes

Abstract

The presence of extra centrosomes, commonly found in human cancers, is strongly correlated with tumorigenesis and cancer progression. However, the exact molecular mechanisms linking supernumerary centrosomes to these processes remain to be fully elucidated. In this study, I employed isogenic human mammary epithelial cells with doxycycline-inducible PLK4 overexpression to induce transient centrosome amplification and dissect its downstream consequences. I demonstrate that extra centrosomes trigger cGAS-STING dependent upregulation of NLRP3, pro–IL-1β and pro–caspase-1. I further show that centrosome amplification induces NLRP3 oligomerization into puncta and robust secretion of mature IL-1β. For orthogonal validation, I used a chemical inhibitor of NLRP3 and generated a homogeneous NLRP3 knockout cell line via CRISPR/Cas9. Using three-dimensional organoid models, I found that invasion and senescence induced by extra centrosomes require the NLRP3 inflammasome. I also demonstrate that reactive oxygen species, cathepsin B release from damaged lysosomes and potassium efflux serve as activation signals for NLRP3 following centrosome amplification. Together, my results identify a cGAS–STING–NLRP3 inflammatory circuit as a direct effector of centrosome amplification in non-transformed epithelial cells and nominate the cGAS STING–NLRP3 axis as a promising target to intercept early tumor-promoting inflammation.;과도한 중심체(Centrosome amplification)는 인간 암에서 흔히 관찰되며 종양 발생과 암 진행에 강한 연관성을 보이지만, 초과한 중심체가 이러한 현상과 어떤 분자 기전으로 연결되는지는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 doxycycline으로 PLK4를 과발현시켜 일시적으로 중심체를 과증폭하도록 유도할 수 있는 동일 유전자 배경의 인간 유방 상피 세포주를 이용해 그 하위 기전을 면밀히 분석했다. 그 결과 과도한 중심체는 cGAS–STING 경로에 의존해 NLRP3와 미성숙 인터루킨-1베타 및 미성숙 카스파제-1의 발현을 증가시키고, 중심체 과증폭은 NLRP3 올리고머화를 촉진해 세포질 내 펑타를 형성하며 성숙 인터루킨-1베타를 대량 분비하게 했다. 보조 검증으로 화학적 NLRP3 억제제 처리와 CRISPR/Cas9 기반의 동질 NLRP3 녹아웃 세포주를 이용 했으며, 삼차원 오가노이드 모형을 통해 과도한 중심체에 의한 세포 침윤 및 노화가 NLRP3 염증소체에 의존함을 확인했다. 또한 반응성 산소종, 손상된 리소좀에서 방출된 카텝신 B, 그리고 칼륨 이온 유출이 중심체 과증폭 이후 NLRP3 활성화 신호로 작용함을 실험적으로 입증했다. 종합적으로 본 연구는 비형질세포성 상피 세포에서 과도한 중심체가 직접적으로 cGAS–STING–NLRP3 염증 회로를 활성화함을 규명하고, 초기 종양 촉진 염증을 차단하기 위한 유망한 표적으로 cGAS–STING–NLRP3 축을 제시한다.