NO-Synthasen vermitteln die cholinerge Kontrolle des P2X7-Rezeptors

Abstract

Hintergrund: Monozyten und Makrophagen sind wichtige Quellen des proinflammatorischen Zytokins Interleukin-1β (IL-1β), das an der Abwehr von Infektionen beteiligt ist. Hohe Konzentrationen dieses Zytokins werden jedoch auch mit lebensbedrohlichen systemischen Entzündungserkrankungen wie Fieber, Schock und Organschäden in Verbindung gebracht. Daher sind Mechanismen, die die IL-1β-Freisetzung kontrollieren, von erheblichem klinischem Interesse. Für die Produktion und Freisetzung von IL-1β sind zwei Hauptsignale erforderlich. Als Reaktion auf ein erstes Gefahrensignal, etwa das Endotoxin Lipopolysaccharid (LPS), das mit dem Toll-like-Rezeptor 4 (TLR-4) interagiert, wird Pro-IL-1β synthetisiert. In mononukleären Phagozyten löst extrazelluläres ATP, das aus aktivierten oder beschädigten Zellen ausgeschüttet wird, die ionotrope Funktion des P2X7-Rezeptors (P2X7R) aus, was zur Zusammensetzung des NLRP3-Inflammasoms, Aktivierung von Caspase-1, Spaltung von Pro-IL-1β in seine biologisch aktive Form IL-1β und schließlich zu seiner Freisetzung führt. Unsere Arbeitsgruppe hatte zuvor einen cholinergen Mechanismus identifiziert, der die ATP-vermittelte Freisetzung von IL-1β über nikotinische Acetylcholinrezeptoren (nAChRs) in mononukleären Phagozyten hemmt. Es wurden klassische und unkonventionelle nAChR-Agonisten identifiziert, die diese Hemmfunktion auslösen, ohne die ionotrope Funktion herkömmlicher nAChRs auszulösen. Hier untersuchten wir den Signalweg, der zur cholinergen Hemmung der ionotropen Funktion des ATP-sensitiven P2X7R führt. Methoden: Humane monozytäre THP-1-Zellen, aus THP-1-Zellen abgeleitete M1-ähnliche Makrophagen, murine mononukleäre Zellen des peripheren Blutes (PBMCs), bone marrow-derived Makrophagen (BMDMs) und humane PBMCs wurden untersucht. Mit LPS stimulierte Zellen wurden mit dem P2X7R-Agonisten BzATP oder ATP in Gegenwart von verschiedenen nAChR-Agonisten behandelt. Um die Beteiligung einer NO-Synthase (NOS) in dem oben beschriebenen Signalweg zu untersuchen, wurden die Zellen zusätzlich mit den NOS-Inhibitoren L-NAME (Nω-Nitro-L-Arginin-Methylester-Hydrochlorid) und L-NIO (L-N5-(1-Iminoethyl)-Ornithin) behandelt. Um den Effekt von NO und Peroxynitrit auf die ATP-induzierte Freisetzung von IL-1β zu untersuchen, wurde den Zellen der NO-Donor SNAP (S-Nitroso-N-Acetyl-DL-Penicillamin) oder der Peroxynitrit-Donor SIN-1 (3-Morpholinosydnonimin) zugegeben. Darüber hinaus wurden Experimente mit dem porenbildenden bakteriellen Toxin Nigericin in Gegenwart der NOS-Inhibitoren, NO- und Peroxynitrit-Donoren durchgeführt, um einen möglichen Effekt dieser Substanzen auf die ATP-unabhängige IL-1β-Freisetzung zu identifizieren. Die IL-1β-Konzentration wurde in Zellkulturüberständen mittels ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) ermittelt. Ergebnisse: Die hemmende Wirkung von nAChR-Agonisten auf die ATP-induzierte Freisetzung von IL-1β wurde durch die NO- und Peroxynitrit-Donoren SIN-1 und SNAP nachgeahmt und durch die NOS-Inhibitoren L-NAME und L-NIO aufgehoben. In Gegenwart von Nigericin und dem NO- bzw. Peroxynitrit-Donor SIN-1 und SNAP, konnte abhängig vom untersuchten Zelltyp ebenfalls eine Reduzierung der ATP-unabhängigen Freisetzung von IL-1β gezeigt werden. Der Effekt auf die Nigericin-induzierte IL-1β-Freisetzung war jedoch deutlich geringer als der Effekt auf die ATP-induzierte IL-1β-Freisetzung. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass die Stimulation von nAChRs zur Aktivierung einer NOS führt und dass deren Produkte NO und/oder Peroxynitrit den ATP sensitiven P2X7R inhibieren. Dieser Mechanismus lässt sich in humanen und murinen Monozyten und Makrophagen nachweisen und dürfte ein vielversprechendes therapeutisches Ziel für die zukünftige Behandlung entzündlicher Erkrankungen sein.