Titelaufnahme

Titel
Azithromycin inhibits IL-1 secretion and the non-canonical inflammasome / submitted by Dr. md. univ. Guido Gualdoni
Weitere Titel
Azithromycin inhibiert die IL-1 Sekretion und das nicht-kanonische Inflammasom
Verfasser / VerfasserinGualdoni, Guido
Begutachter / BegutachterinZlabinger, Gerhard
ErschienenWien, 2016
Umfang80 Blätter : Illustrationen
HochschulschriftMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Azithromycin / Inflammasom
Schlagwörter (EN)Azithromycin / Inflammasome
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-7205 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Azithromycin inhibits IL-1 secretion and the non-canonical inflammasome [3.01 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Eine wichtige Plattform des angeborenen Immunsystems in der Integration verschiedener Gefahrensignale ist das sogenannte Inflammasom. Dieses wird hauptsächlich durch die Rezeptoren der NOD-like Rezeptor-Gruppe (NLRs) gesteuert und führt über die Aktivierung inflammatorischer Caspasen zur Freisetzung der pro-inflammatorischen Zytokine IL-1 und IL-18. Neben dem klassischen, durch NLRs induzierten Inflammasom hat man in den letzten Jahren die Wichtigkeit einer anderen, nicht-kanonischen Regulation festgestellt, undzwar die direkte Aktivierung der inflammatorischen Caspase-4/5/11 durch Bindung von LPS. Makrolide sind eine Gruppe von Antibiotika, die vor allem in der Therapie von respiratorischen Infekten eingesetzt werden. Neben ihrer antimikrobiellen Wirkung üben sie auch potente anti-inflammatorische Effekte auf das Immunsystem aus, die auch für ihre klinische Wirksamkeit mitverantwortlich sein soll. Der Gebrauch von Makroliden in niedriger Dosierung wird daher zunehmend in der dauerhaften Therapie chronisch-entzündlicher Erkrankungen mit infektiologischer Komponente diskutiert, insbesondere der COPD. Da diese Erkrankungen mitunter durch eine Dysregulation des Inflammasoms charakterisiert sind, bestand das Ziel dieser Arbeit einen möglichen Einfluss unterschiedlicher Makrolidantibiotika auf die Inflammasomaktivierung näher zu untersuchen. Zunächst wurde ein möglicher Einfluss von Azithromycin, dem wichtigsten Vertreter dieser Gruppe, auf die LPS und Flagellin-induzierte Zytokinfreisetzung humaner Monozyten untersucht. Hierbei konnte bei Stimulation mit LPS, jedoch nicht mit Flagellin, eine spezifische Hemmung des Inflammasom-regulierten Zytokins IL-1ß durch Azithromycinbehandlung beobachtet werden. Die Freisetzung weiterer pro-inflammatorischer Zytokine blieb dabei unverändert. Um festzustellen ob es sich dabei um einen klassenspezifischen Effekt handelte, wurden Monozyten auch mit Clarithromycin und Roxithromycin, zwei weiteren wichtigen Vertretern dieser Antibiotikagruppe behandelt. Im Gegensatz zu Azithromycin übten diese Substanzen jedoch keinen Effekt auf die monozytäre Zytokinfreisetzung aus. Da aus pharmakokinetischen Studien bekannt ist, dass Azithromycin der am stärksten intrazellulär akkumulierende Vertreter der Makrolide ist, lag eine Erklärung der abweichenden Effekte durch unterschiedliche Konzentrationen nahe. Tatsächlich wurde die Wirkung auf die Zytokinfreisetzung mittels einer Blockade der Ca++- abhängigen Aufnahme von Azithromycin durch Ca++-Depletion oder Hemmung der L-type Ca++-Kanäle vollständig aufgehoben. Da sich die Wirkung von Azithromycin als spezifisch für LPS-stimulierte Monozyten zeigte, lag eine Hemmung der LPS Detektion über das nicht-klassische Inflammasom nahe. Angesichts der Internalisierung von LPS in Monozyten in fluoremetrischen Versuchen erschien die Möglichkeit einer intrazellulären Detektionsblockade zusätzlich wahrscheinlich. Tatsächlich konnten wir mittels Western blotting beobachten, dass die Expression der Caspase-4, jener LPS-detektierenden inflammatorischen Caspase, mittels Aztithromycinbehandlung niederreguliert wurde. Im Einklang mit unseren Ergebnissen bezüglich der anderen Zytokine, sahen wir jedoch keinen Einfluss auf den pro-inflammatorischen NF-κB Signalweg, welches ebenfalls die Spezifität der Wirkung auf das nicht-klassische Inflammasom verdeutlicht. Um eine mögliche Relevanz in pathophysiologisch komplexeren Prozessen zu untersuchen, führten wir einen murinen LPS-Sepsis Versuch durch, bei dem wir ebenfalls eine spezifische Hemmung der IL-1ß Produktion durch Azithromycin feststellten. Die Ergebnisse der hier vorliegenden Arbeit etablieren eine bisher unbekannte anti-inflammatorische Wirkung von Azithromycin auf das nicht-klassische Inflammasom, welche zur Verbesserung der Strategien in der Behandlung von inflammasom-mediierten Erkrankungen eingesetzt werden könnte.

Zusammenfassung (Englisch)

Cells of the innate immune system detect danger signals via so called “Pattern recognition receptors” (PRRs). A multi-protein complex termed “inflammasome” is among the most important platforms integrating signalling by different PRRs and is mainly activated by molecules of the NOD-like receptor (NLR) family. Once assembled, inflammasome formation leads to the activation of inflammatory caspases and the subsequent secretion of the pro-inflammatory cytokines IL-1 and IL-18. Apart from the canonical activation by NLRs, recent research has outlined the importance of a non-canonical inflammasome activation by a direct sensing of LPS through the inflammatory caspases-4/5/11. The supreme importance of the inflammasome in the regulation of inflammation is underlined by the contribution of its deregulation in the pathogenesis of wide-spread diseases such as diabetes mellitus, COPD and asthma.

Macrolides are a group of antibiotics mainly used in the treatment of respiratory diseases. In addition to their anti-infective effect, they are known to exhibit a broad range of anti-inflammatory properties, which are thought to contribute to their favourable clinical effects. The utilization of macrolides in low-dose regimen is increasingly discussed for the long-term treatment of inflammatory diseases with a bacteriological component, particularly COPD. As deregulated inflammasome signalling has been shown to be involved in many of these diseases, the aim of this study was to analyse the impact of macrolides on this signalling platform.

First, we measured the impact of the most important macrolide, azithromycin, on cytokine production of LPS-or flagellin-stimulated human monocytes. We noted that IL-1ß production was specifically inhibited in LPS-stimulated monocytes, whereas the production of other pro-inflammatory cytokines (IL-6, IL-8, TNF-α) were unaffected. To determine whether this effect was class specific within macrolides we performed the same experiment with clarithromycin and roxithromycin, two additional representatives of this antibiotic class. In contrast to azithromycin, however, these compounds were not able to alter cytokine secretion of monocytes. As pharmakokinetic studies have established a much higher intracellular accumulation of azithromycin as compared to other compounds of this class, we hypothesized that the intracellular concentration might be responsible for the diverging effects. Indeed, interference with its Ca++-dependent uptake (by Ca++-depletion and L-type Ca++-channel blockade) entirely abolished its cytokine-modulatory properties. Since the 8 effect of azithromycin was restricted to LPS-stimulated monocytes, the interference with non-canonical inflammasome mediated sensing of intracellular LPS was feasible. Furthermore, we detected cellular LPS-internalisation, thus supporting the possibility of an impact on intracellular sensing. Indeed, we observed down-regulation of caspase-4 expression by azithromycin treatment in LPS-stimulated monocytes. On the other hand, there was no measurable impact on NF-κB activation, which was in line with the lacking effect on other pro-inflammatory cytokines. To expand our observation to a more complex pathophysiological setting, we established a murine LPS sepsis model and showed that azithromycin treatment specifically dampened IL-1ß levels when compared to controls.

The results of this work establish a so far undescribed impact of azithromycin on the non-canonical inflammasome, which might be helpful to improve strategies in the treatment of inflammasome-mediated diseases.