Introdução: A encefalopatia associada à sepse (SAE), uma complicação neurológica fatal da infecção sistêmica, contribui substancialmente para a mortalidade relacionada à sepse. Evidências acumuladas demonstram que a neuroinflamação causada pela microglia surge como um mecanismo patogênico central subjacente à SAE. Aqui, identificamos a deubiquitinase 1 do tumor ovariano (OTUD1) como um mediador crítico da patologia da SAE. Demonstramos que o OTUD1 promove a dissociação da hexoquinase 2 (HK2) da mitocôndria por meio da desubiquitinação seletiva ligada ao K63, desencadeando piroptose da microglia e neuroinflamação. Nossas descobertas abordam uma importante lacuna de conhecimento ao elucidar o eixo OTUD1-HK2 como uma nova via regulatória na SAE, oferecendo potenciais alvos terapêuticos para mitigar os déficits cognitivos na sepse.
Métodos: O sequenciamento de RNA unicelular foi usado para identificar subpopulações de microglia específicas de SAE e analisar a expressão de desubiquitinases dentro dessas subpopulações. Camundongos nocaute OTUD1 foram gerados para investigar o papel do OTUD1 no SAE. Tanto os camundongos do tipo selvagem quanto os do tipo nocaute OTUD1 foram submetidos à ligação cecal e punção para induzir SAE. In vitro, a microglia primária e as células BV2 foram tratadas com LPS e nigericina para simular condições inflamatórias. A função cognitiva dos camundongos foi avaliada por meio de testes comportamentais. Os danos neuronais e sinápticos foram avaliados usando a coloração HE e Nissl, bem como microscopia eletrônica de transmissão. ELISA e qPCR foram usados para detectar neuroinflamação. Western blot e imunofluorescência foram empregados para analisar a expressão de proteínas. Docking molecular, microscopia confocal 3D e co-imunoprecipitação foram conduzidos para detectar a interação entre OTUD1 e HK2. Finalmente, a correlação entre OTUD1 e SAE foi avaliada por meio da análise de amostras clínicas.
Resultados: Por meio de sequências de RNA unicelulares e análise de subpopulação, identificamos uma subpopulação de microglia associada a SAE (SAM) com alta expressão de genes relacionados à piroptose. A análise da expressão da desubiquitinase mostrou uma expressão significativamente elevada de OTUD1 no SAM. A deficiência de OTUD1 atenuou o dano neural e a disfunção cognitiva em camundongos SAE in vivo. Outros experimentos revelaram que o OTUD1 regula a piroptose na micróglia, afetando a progressão da SAE. Mecanicamente, o OTUD1 se liga diretamente ao domínio C-terminal do HK2 por meio de seu domínio rico em ALA e cliva seletivamente as cadeias de poliubiquitina ligadas ao K63 no HK2 para promover a dissociação do HK2 da mitocôndria, ativando assim o inflamassoma e a piroptose do NLRP3.
Conclusões: Na SAE, o OTUD1 desubiquitina ou HK2, promovendo sua dissociação da mitocôndria, o que desencadeia a piroptose da microglia, levando a danos neuronais e comprometimento cognitivo.
Palavras-chave: HK2; Microglia; OTUD1; Piroptose; SAE.
