Immunostimulation of Microglia by ASC Specks and ASC Specks Amyloid β Composites

Abstract

Die Alzheimer-Krankheit stellt die weltweit häufigste Form der Demenz dar. Die genauen Mechanismen, welche zu ihrer Entstehung führen, sind bis heute nicht vollständig verstanden. Eine wichtige Rolle spielt die Aktivierung neuroinflammatorischer Prozesse in Mikroglia durch Amyloid-&#946; (A&#946;)-Ablagerungen. A&#946; triggert hierbei die Zusammenlagerung des mikroglialen <em>NOD-like receptor protein</em> (NLRP3)-Inflammasoms und induziert die Polymerisation des <em>apoptosis-associated speck-like protein containing CARD</em> (ASC). In Folge kommt es über die Aktivierung von Caspase-1 zu einer Freisetzung pro-inflammatorischer Botenstoffe. <br/> Zuvor konnte in Makrophagen gezeigt werden, dass ASC, welches im Rahmen des Zelltods freigesetztes wird, in einem aggregierten, als „ASC speck“ bezeichneten, und voll funktionsfähigen Zustand von vitalen Makrophagen in der Umgebung aufgenommen werden kann. Darüber hinaus binden freigesetzte ASC specks extrazellulär an A&#946; und beschleunigen die Fibrillen-Bildung von A&#946;. <br/> In dieser Studie untersuchten wir die Auswirkungen von ASC-A&#946;-Aggregaten auf Mikroglia mit Fokus auf die NLRP3-Inflammasom-Aktivierung, die Pyroptose und die A&#946; -Phagozytose. Hierzu verwendeten wir u.a. Zytotoxizitäts- und Zellviabilitäts-Untersuchungen, Co-Immunpräzipitation, Western Blot, <em>enzyme-linked immunosorbent assay</em> (ELISA) und Durchflusszytometrie. <br/> Wir konnten zeigen, dass die Protein-Aggregate, im Vergleich zu einzeln vorliegendem ASC oder A&#946;, die NLRP3-Inflammasom-Aktivierung in Mikroglia verstärkten. Darüber hinaus zeigten Mikrogliazellen, die ASC-A&#946;-Aggregaten ausgesetzt waren, einen verminderten Abbau von A&#946; und durchliefen schließlich einen pyroptotischen Zelltod. Während der Pyroptose wurde ASC in den Extrazellulärraum freigesetzt. Extrazelluläres ASC wiederum besaß auch in Mikroglia die Fähigkeit, voll funktionsfähig in das NLRP3-Inflammasom der Empfängerzelle eingebaut zu werden, wodurch der Teufelskreis der ASC-A&#946;-Aggragate erneut in Gang gesetzt wurde. Zusammen werfen diese Daten neues Licht auf den Ablauf der NLRP3-Inflammasom-Aktivierung in Mikroglia und das Fortschreiten der A&#946;-bedingten Neuroinflammation im Rahmen der Alzheimer-Krankheit.

<strong>Immunostimulation of Microglia by ASC Specks and ASC Specks Amyloid &#946; Composites</strong> <br /> Alzheimer’s Disease is the world’s most common cause of dementia. The exact mechanisms causing neurodegeneration are not fully understood but implicate the activation of microglia by amyloid-&#946; (A&#946;) deposits resulting in neuroinflammation. A&#946; triggers the assembling of the microglial NOD-like receptor protein (NLRP3) inflammasome and induces the polymerization of the apoptosis-associated speck-like protein containing CARD (ASC) leading to the release of pro-inflammatory messenger substances via activation of caspase-1. <br /> Previously it has been shown in macrophages, that during cell death released ASC is able to propagate from one cell to another in an aggregated and fully functional protein state, called “ASC speck”. Moreover, released ASC specks rapidly bind to A&#946; in the extracellular space and increase the formation of A&#946; fibrils. <br /> Here, we investigated effects on microglial NLRP3 inflammasome activation, pyroptosis and A&#946; phagocytosis using viability and cytotoxicity assays, co-immunoprecipitation western blot, enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), fluorescence-activated cell sorting (FACS) etc. <br /> We found that the protein composites amplified microglial NLRP3 inflammasome activation in comparison to sole application of ASC or A&#946;. Furthermore, Microglia cells exposed to ASC-A&#946; composites showed reduced A&#946; clearance ability and underwent pyroptotic cell death. During pyroptosis ASC was released into the extracellular space. Extracellular ASC in turn showed the ability to be incorporated into the NLRP3 inflammasome of recipient Microglia starting the vicious cycle of ASC-A&#946; composites all over. Together, these data shed new light on the propagation of NLRP3 inflammasome activation in microglia and the progression of A&#946; related neuroinflammation in Alzheimer’s Disease.