Β2-adrenoseptör agonisti formoterol'ün N9 fare mikroglial hücrelerinde NLRP3 inflamazomunun aktivasyonu ve piroptoz üzerine etkisi
The effect of β2-adrenoceptor agonist formoterol on activation of NLRP3 inflammasome and pyroptosis in N9 mouse microglial cells
Yazar: MEHMET ERDEM
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN CANER KARAHAN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Formoterol = Formoterol ; Mikroglia = Microglia ; NLRP3 = NLRP3 ; Nöroinflamatuar hastalıklar = Neuroinflammatory diseases ; Piropitoz = Pyroptosis

Özet:
Mikroglialar, merkezi sinir sisteminde doğuştan gelen bağışıklık tepkisinin oluşumunda önemli rol oynayan bağışıklık hücreleridir. NOD-benzeri reseptör ailesi pyrin domain içeren 3 (NLRP3) inflamazomu doğuştan gelen bağışıklık için çok önemli olan çoklu proteinli bir yapıdır ve çeşitli tehlike sinyalleriyle aktive olur. NLRP3 inflamazomunun aşırı aktivasyonu, kaspaz-1 aracılığıyla interlökin-1β (IL-1β) ve interlökin-18 (IL-18) gibi sitokinlerin salınımını ve piroptotik hücre ölümünü teşvik eder. Bu durum nörodejeneratif hastalıklar (NH)'ın patogenezine katkıda bulunur. Dolayısıyla, inflamazom aktivasyonunun regülasyonu ve inhibisyonu NH'nin tedavisinde ve önlenmesinde faydalı bir yol olabilir. β2-agonistler, β2-adrenoseptörleri aktive eden ilaçlardır ve klinikte astım ve kronik obstrüktif akciğer hastalığı gibi solunum yolu hastalıklarının tedavisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. β2-adrenoseptör beyinde çok fazla sentezlenmektedir ve β2-adrenoseptör agonistlerinin NH'de terapötik bir yaklaşım olarak kullanıldığı çalışmalarda güçlü anti-inflamatuar ve nörokoruyucu etkileri gösterdiği rapor edilmiştir. Ancak, literatürde β2-adrenoseptör agonisti Formoterol'ün, mikroglia hücrelerinde NLRP3 inflamazom aktivasyonunu ve piroptozu değerlendiren bir çalışma mevcut değildir. Bu çalışmada, Formoterol'ün N9 mikroglial hücrelerinde inflamazom aktivasyonu ve piroptoza etkisinin incelenmesi amaçlandı. N9 mikroglia hücrelerine LPS ve ATP verilerek NLRP3 inflamazom aktivasyonu sağlandı. Sonrasında Formoterol'ün N9 mikroglia hücrelerinde inflamazom aktivasyonu ve piroptoz üzerine etkisi incelendi. Hücre canlılığı CCK-8, sitotoksisite ve piroptoz ise LDH testi ile belirlendi. İnflamazom aktivasyonu ve piroptozu belirlemek için; IL-1β ve IL-18 seviyeleri ELISA ile, piroptotik ölüm aktif kaspaz-1 ve PI boyamayla ve NLRP3 inflamazomu ve piroptoz ile ilişkili proteinlerin seviyeleri Western blot ile belirlendi. Formoterol'ün, NLRP3 inflamazom modelinde kaspaz-1 aktivitesini, IL-1β ve IL-18 sitokin salınımını baskıladığı; NLRP3 inflamazomu ve piroptoz ile ilişkili proteinlerin seviyelerini azalttığı ve tüm bunları IκBα/NF-κB yoluyla inhibe ettiği ve piroptotik hücre ölümünü engellediği ortaya koyuldu.

Abstract:
Microglia are immune cells that play an important role in the development of innate immune responses in the central nervous system. The NOD-like receptor family pyrin domain-containing 3 (NLRP3) inflammasome is a multi-protein structure crucial for innate immunity, activated by various danger signals. Overactivation of the NLRP3 inflammasome prompts the release of cytokines like interleukin-1β (IL-1β) and interleukin-18 (IL-18) via caspase-1 and stimulates pyroptotic cell death, contributing to the pathogenesis of neurodegenerative diseases (NDs). Therefore, regulation and inhibition of inflammasome activation may be a beneficial approach in the treatment and prevention of NDs. β2-agonists are drugs that activate β2-adrenoceptors, and they are widely used in the clinic for the treatment of respiratory diseases such as asthma and chronic obstructive pulmonary disease. β2-adrenoceptors are highly expressed in the brain, and studies in which β2-adrenoceptor agonists have been used as a therapeutic approach in NDs have reported that they have potent anti-inflammatory and neuroprotective effects. However, there is no study in the literature that evaluates the effects of the β2-adrenoceptor agonist Formoterol on NLRP3 inflammasome activation and pyroptosis in microglial cells. This study aimed to investigate the impact of Formoterol on inflammasome activation and pyroptosis in N9 microglial cells. Activation of the NLRP3 inflammasome in N9 microglia cells was induced by LPS and ATP. Afterwards, the effect of formoterol on inflammasome activation and pyroptosis in N9 microglia cells was investigated. Cell viability was determined by CCK-8, cytotoxicity and pyroptosis by LDH assay. To determine inflammasome activation and pyroptosis; IL-1β and IL-18 levels were determined by ELISA, pyroptotic death by active caspase-1 and PI staining, and the levels of proteins associated with NLRP3 inflammasome and pyroptosis by Western blot. The study revealed that Formoterol suppressed caspase-1 activity, IL-1β, and IL-18 cytokine release in the NLRP3 inflammasome model, reduced levels of NLRP3 inflammasome-related proteins, inhibited these processes through the IκBα/NF-κB pathway, and prevented pyroptotic cell death.