title: Molecular mechanism of an NLRP3 inhibition in inflammatory bowel disease
title: Molekularer Wirkmechanismus der NLRP3 Inhibition bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen
Creators: name: Weber, Simone
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 0
Subjects: subject: DDC Classification::5 Naturwissenschaften und Mathematik :: 57 Biowissenschaften; Biologie :: 570 Biowissenschaften; Biologie

description: The multifactorial pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD) is poorly understood. The involvement of the NLRP3 inflammasome in the development and perpetuation of IBD is subject of intensive research. The aim of this work was to understand the role of the NLRP3 inflammasome in IBD and to investigate the molecular mechanism of NLRP3 inhibition in IBD. In the presented work a significantly increased expression of NLRP3 inflammasome was detected in the inflamed intestinal mucosa of IBD patients compared to controls. Blockade of the NLRP3 inflammasome in PBMCs and LPMCs from IBD patients resulted in a significant decrease in proinflammatory cytokine secretion of IL-1β and IL-18 in PBMCs and the bioactive form of IL-1β in LPMCs. In this context, it was also observed that NLRP3 inhibition had no significant effects on the secretion of other proinflammatory cytokines from immune cells. In addition, the expression pattern of NLRP3 in LPMCs from IBD patients was characterized in single cell analysis. A significant overlap of the expression profiles of NLRP3 and IL-1β was found especially in M1-like macrophages. Furthermore, a significantly increased expression of NLRP3 in macrophages of the inflamed intestinal mucosa of IBD patients compared to tissue from controls was detected. Further immunohistochemical analysis of intestinal tissue revealed expression of the NLRP3 inflammasome also in human mesenchymal cells. Subsequent experiments confirmed a functional contribution of the NLRP3 inflammasome on the proliferation of intestinal fibroblasts from IBD patients. NLRP3 inhibition caused a significantly reduced proliferation level. Activated proliferating fibroblasts produce more extracellular matrix components, such as collagens. Treatment with the NLRP3 inhibitor caused a significant decrease in the production of type I and type VI collagen in intestinal fibroblasts from IBD patients. In addition, a reduced autophagy induction is another factor in the development of IBD. NLRP3 blockade in intestinal fibroblasts resulted in increased autophagy induction in intestinal fibroblasts of IBD patients. Although therapeutic administration of NLRP3 inhibitor in experimental induced colitis models failed to show protection against the development of intestinal inflammation, the results presented here in human primary cells demonstrate an important role of the NLRP3 inflammasome in the immunopathogenesis of IBD and may pave the way for the identification of NLRP3 as a therapeutic target in IBD.
description: Die multifaktorielle Pathogenese von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) ist bislang nur unzureichend verstanden. Die Involvierung des NLRP3 Inflammasoms in die Entstehung und Perpetuierung von CED ist Gegenstand intensiver Forschung. Ziel dieser Arbeit war es zum einen die Rolle des NLRP3 Inflammasoms in CED zu verstehen und zum anderen den Mechanismus einer NLRP3 Inhibition in CED zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit konnte zunächst eine signifikant erhöhte Expression des NLRP3 Inflammasoms in der entzündeten intestinalen Mukosa von CED Patienten im Vergleich zu Kontrollen beobachtet werden. Die Blockade des NLRP3 Inflammasoms in PBMCs und LPMCs von CED Patienten führte zu einem signifikanten Rückgang der proinflammatorischen Zytokinsekretion von IL-1β und IL-18 in PBMCs und der bioaktiven Form von IL-1β in LPMCs. In diesem Zusammenhang konnte ebenfalls beobachtet werden, dass die NLRP3 Inhibition keine signifikanten Effekte auf die Sekretion weiterer proinflammatorischer Zytokine von Immunzellen besitzt. Zudem wurde das Expressionsmuster von NLRP3 auf LPMCs von CED Patienten in Einzelzellanalysen charakterisiert. Hierbei wurde eine deutliche Überschneidung der Expressionsprofile von NLRP3 und IL-1β besonders in M1-ähnlichen Makrophagen festgestellt. Es konnte weiterhin eine signifikant erhöhte Expression von NLRP3 auf Makrophagen in der entzündeten intestinalen Mukosa von CED Patienten im Vergleich zu Normalgewebe von Kontrollen festgestellt werden. Im Rahmen weiterer immunhistologischer Analysen von intestinalem Gewebe wurde darüber hinaus die Expression des NLRP3 Inflammasoms ebenfalls auf humanen, mesenchymalen Zellen festgestellt. Weitere Experimente bestätigten einen funktionellen Beitrag des NLRP3 Inflammasoms auf das Proliferationsverhalten intestinaler Fibroblasten von CED Patienten. Die NLRP3 Inhibition bewirkte eine signifikant verminderte Proliferation. Aktivierte, proliferierende Fibroblasten produzieren vermehrt Bestandteile der extrazellulären Matrix, wie beispielsweise Kollagene. Die Behandlung mit dem NLRP3 Inhibitor ergab einen signifikanten Rückgang der Produktion des Typ I und Typ VI Kollagens auf intestinalen Fibroblasten von CED Patienten. Eine verminderte Autophagieinduktion ist ein weiterer Faktor in der Entstehung von CED. Die NLRP3 Blockade auf intestinalen Fibroblasten führte zu einer gesteigerten Autophagieinduktion in CED. Obgleich die therapeutische Gabe des NLRP3 Inhibitors in experimentell induzierten Kolitismodellen keine Protektion gegenüber der Entwicklung einer intestinalen Inflammation zeigen konnte, belegen die hier vorliegenden Ergebnisse an humanen Primärzellen eine wichtige Rolle des NLRP3 Inflammasoms in der Immunpathogenese von CED und ebnen möglicherweise den Weg für die Identifikation von NLRP3 als therapeutische Zielstruktur in CED.