NLRP3-directed <em>in vitro</em> use of antisense oligonucleotides (ASOs) in models of brain inflammation

Abstract

Die Alzheimer-Erkrankung ist die häufigste neurodegenerative Erkrankung und zugleich die am weitesten verbreitete Form der Demenz. Ein wesentliches histopathologisches Korrelat der Alzheimer-Erkrankung ist die Ablagerung von Amyloid-β (Aβ) im Gehirn. Dies wiederum setzt durch die Aktivierung des NLRP3-Inflammasoms (engl.: NOD-, LRR-, and pyrin domain-containing protein 3) neuroinflammatorische Prozesse in Gang. Insbesondere kommt es zur Aktivierung von Caspase-1 und zur anschließenden Freisetzung proinflammatorischer Zytokine wie Interleukin-1β (IL-1β) und Interleukin-18 (IL-18). Am Ende der Signalkaskade steht der progrediente neuronale Zelltod. In Mausmodellen der Alzheimer-Erkrankung konnte allerdings gezeigt werden, dass sich ein NLRP3-Knockout protektiv auf den Gedächtnisverlust auswirkt. Ziel der Studie war es, potentielle antiinflammatorische Effekte NLRP3-spezifischer Antisense-Oligonukleotide (ASO) in vitro zu evaluieren. Hierfür wurden sowohl primäre, murine Mikrogliazellen als auch makrophagenähnlich differenzierte, humane THP-1 Zellen mit selbst-designten ASOs behandelt. Im Mausmodell konnte nach einer 72-stündigen Behandlung mit einem spezifischen ASO der erfolgreiche Abbau der NLRP3 mRNA beobachtet werden. Infolgedessen waren die Konzentration von aktiver Caspase-1 sowie die extrazelluläre Freisetzung des pro-inflammatorischen Zytokins IL-1β sowohl bei Nigericin- als auch bei Aβ-abhängiger Stimulation des NLRP3-Inflammasoms signifikant reduziert. Im humanen Modell konnten nach der Behandlung mit einem NLRP3-spezifischen ASO für 48 Stunden vergleichbare Ergebnisse erzielt werden. Zudem konnte durch die ASO-Therapie eine phänotypische Polarisierung der primären murinen Mikroglia und der THP-1 Zellen hin zu einem antiinflammatorischen Zustand induziert werden. Dies spiegelte sich insbesondere im humanen Modell in einer gesteigerten Aβ-Phagozytosekapazität der THP-1 Zellen wider. Zusammenfassend legen diese Daten nahe, dass neuroinflammatorische Prozesse im Rahmen der Alzheimer-Erkrankung durch eine NLRP3-spezifische ASO-Therapie in vitro signifikant verlangsamt werden. Folglich bergen ASOs das Potential, grundlegend neue und innovative Optionen für die Behandlung NLRP3-abhängiger Erkrankungen zu eröffnen.