Das NLRP3-Inflammasom als Therapietarget bei atrophischer altersabhängiger Makuladegeneration

P R O F. D R . M E D. T I M U. K R O H N E , F E B O¹; D R . M E D. L U P I N G W A N G¹; S A R A H S C H M I DT¹; J A N I N E R O S S A , M S C¹; D R . M E D. P E T R A P. L A R S E N , F E B O¹; P R O F. D R . M E D. F R A N K G . H O L Z , F E B O¹

Oxidative Schädigung und Aktivierung des ange

borenen Immunsystems in der äußeren Netzhaut sind zentrale Faktoren in der Pathogenese der altersabhängigen Makuladegeneration (AMD), der häufigsten Ursache für Erblindung in allen Indus

trienationen. Eine zunehmende Anzahl experimen

teller und klinischer Studien deutet auf eine zen trale Beteiligung des NLRP3Inflammasoms an der AMD

Pathogenese hin. Das NLRP3Inflammasom stellt einen intrazellulären Sensor des angeborenen Immunsystems für eine Vielzahl unterschiedlicher Gefahrsignale dar, dessen Aktivierung zur Freiset

zung hochinflammatorischer Zytokine führt (Abbil-dung 1).

I N F L A M M A S O M A K T I V I E R U N G I N D E R R E T I N A

Ein gemeinsamer Mechanismus der Inflamma

somaktivierung durch unterschiedliche Gefahrsig

nale ist die Permeabilisierung der lysosomalen Membran mit Freisetzung lysosomaler Enzyme ins Zytosol. In Zellen des retinalen Pigmentepithels (RPE) wird eine solche lysosomale Membranper

meabilisierung nach photooxidativer Schädigung infolge zunehmender Lipofuszinakkumulation beobachtet. Wir untersuchten deshalb das Zusam

menspiel von oxidativer Schädigung und Inflamma

somaktivierung in RPEZellen. In der Tat konnten wir nachweisen, dass eine lysosomale Membran

permeabilisierung durch Lipofuszinvermittelten photooxidativen Schaden in RPEZellen eine aus

Abbildung 1

■ Mechanismen des Pri-mings und der Aktivierung des NLRP3-Inflammasoms [Abbildung aus: Akhtar-Schäfer I, Wang L, Krohne TU, Xu H, Langmann T.

EMBO Mol Med 2018 Oct;

10 (10): e8259.]

1 Universitäts- Augenklinik Bonn

Das NLRP3-Inflammasom als Therapietarget bei atrophischer altersabhängiger Makuladegeneration

Oxidative Schädigung und Aktivierung des ange

borenen Immunsystems in der äußeren Netzhaut sind zentrale Faktoren in der Pathogenese der altersabhängigen Makuladegeneration (AMD), der häufigsten Ursache für Erblindung in allen Indus

trienationen. Eine zunehmende Anzahl experimen

teller und klinischer Studien deutet auf eine zen trale Beteiligung des NLRP3Inflammasoms an der AMD

Pathogenese hin. Das NLRP3Inflammasom stellt einen intrazellulären Sensor des angeborenen Immunsystems für eine Vielzahl unterschiedlicher Gefahrsignale dar, dessen Aktivierung zur Freiset

zung hochinflammatorischer Zytokine führt (Abbil-dung 1).

I N F L A M M A S O M A K T I V I E R U N G I N D E R R E T I N A

Ein gemeinsamer Mechanismus der Inflamma

somaktivierung durch unterschiedliche Gefahrsig

nale ist die Permeabilisierung der lysosomalen Membran mit Freisetzung lysosomaler Enzyme ins Zytosol. In Zellen des retinalen Pigmentepithels (RPE) wird eine solche lysosomale Membranper

meabilisierung nach photooxidativer Schädigung infolge zunehmender Lipofuszinakkumulation beobachtet. Wir untersuchten deshalb das Zusam

menspiel von oxidativer Schädigung und Inflamma

somaktivierung in RPEZellen. In der Tat konnten wir nachweisen, dass eine lysosomale Membran

permeabilisierung durch Lipofuszinvermittelten photooxidativen Schaden in RPEZellen eine aus

Abbildung 1

■ Mechanismen des Pri-mings und der Aktivierung des NLRP3-Inflammasoms [Abbildung aus: Akhtar-Schäfer I, Wang L, Krohne TU, Xu H, Langmann T.

EMBO Mol Med 2018 Oct;

10 (10): e8259.]

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geprägte Inflammasomaktivierung mit apikaler Freisetzung proinflammatorischer Zytokine wie IL1β und IL18 induziert [Brandstetter et al., J Mol Med 2015; Mohr et al., Invest Ophthalmol Vis Sci 2015]. Aktiviertes Komplement verstärkt dabei noch die Inflammasomaktivierung in RPEZellen, insbe

sondere infolge Priming des Inflammasoms durch den Komplementfaktor C5a [Brandstetter et al.,

J Biol Chem 2015]. Durch diesen Mechanismus wird die Anfälligkeit des RPE für photooxidativ induzier

te Zelldegeneration erhöht [Brandstetter et al., J Photochem Photobiol B 2016]. In vitro führt die Inflammasomgesteuerte Zytokinfreisetzung der RPEZellen zudem zur Aktivierung und chemotak

tischen Rekrutierung von Mikrogliazellen [Mohr et al., Invest Ophthalmol Vis Sci 2015].

Abbildung 2

■ Wirksamkeit selektiver NLRP3-Inhibitoren. Im RPE von Abca4-knockout-Mäu-sen führt photooxidativer Stress ex vivo zur Inflam-masom-Aktivierung und Zelldegeneration. Neuent-wickelte selektive NLRP3-Inhibitoren wie IFM-632 (IFM Therapeutics) können diesen Effekt wirksam blo-ckieren. [Abbildung aus:

Wang L et al. J Mol Med 2019 Apr; 97 (4): 523 – 532.]

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I N F L A M M A S O M A L S T H E R A P I E TA R G E T Ein spezifischer siRNAvermittelte Knockdown der InflammasomKomponente NLRP3 führte in huma

nen RPEZellen zu einer signifikanten Suppression der durch LipofuszinPhototoxizität induzierten Inflammasomaktivierung und bestätigte somit die zentrale Rolle von NLRP3 in der Inflammasomakti

vierung in RPEZellen. Auch in RPEOrgankulturen aus WildtypMäusen fanden wir nach Blaulicht

Bestrahlung eine signifikante Inflammasomaktivie

rung mit Freisetzung von IL1β, die in RPEKulturen NLRP3defizienter KnockoutMäuse nicht nachweis

bar war. In aktuellen Arbeiten konnten wir zeigen, dass neuentwickelte, selektive NLRP3Inhibitoren (IFM Therapeutics, Boston/MA) die Inflammaso

maktivierung im RPE wirksam blockieren können, so dass sie vielversprechende Medikamente für eine weitere Evaluation als Therapiestrategie bei der atrophischen AMD darstellen (Abbildung 2).

In mehreren Anschlussprojekten werden aktuell die beschriebenen Mechanismen der Inflammasomak

tivierung in in-vivoModellen weiter charakterisiert.

Dafür werden u. a. genetisch veränderte Mäuse mit verstärkter LipofuszinAkkumulation im RPE (Abca4 -/-) in Kombination mit dem Mausmodell der Lichtinduzierten retinalen Degeneration (LIRD) verwendet. In diesen Modellen werden wir neue Strategien zur pharmakologischen Intervention erproben, insbesondere die bereits in vitro unter

suchten selektive NLRP3Inhibitoren. Nach Ab

schluss der präklinischen Evaluation ist unser

mittelfristiges Ziel die Initiierung einer klinischen Therapiestudie bei Patienten mit atrophischer AMD.

L I T E R AT U R

Wang L., Schmidt S., Larsen P. P., Meyer J. H., Roush W. R., Latz E., Holz F. G., Krohne T. U. Efficacy of novel selective NLRP3 inhibitors in human and murine retinal pigment epithelial cells. J Mol Med 2019 Apr; 97 (4): 523 – 532.

Akhtar-Schäfer I., Wang L., Krohne T. U., Xu H., Langmann T.

Modulation of three key innate immune pathways for the most common retinal degenerative diseases. EMBO Mol Med 2018 Oct; 10 (10): e8259.

Brandstetter C., Patt J., Holz F. G., Krohne T. U. Inflammasome priming increases retinal pigment epithelial cell suscep-tibility to lipofuscin phototoxicity by changing the cell death mechanism from apoptosis to pyroptosis. J Pho-tochem Photobiol B 2016 May 21; 161: 177 – 183.

Brandstetter C., Mohr L. K. M., Latz E., Holz F. G., Krohne T. U.

Light induces NLRP3 inflammasome activation in retinal pigment epithelial cells via lipofuscin-mediated photooxi-dative damage. J Mol Med 2015 Aug; 93 (8): 905 – 16.

Mohr L. K. M., Hoffmann A. V., Brandstetter C., Holz F. G., Krohne T. U. Effects of inflammasome activation on secretion of inflammatory cytokines and vascular endo-thelial growth factor by retinal pigment epiendo-thelial cells.

Invest Ophthalmol Vis Sci 2015 Oct 1; 56 (11): 6404 – 13.

Brandstetter C., Holz F. G., Krohne T. U. Complement compo-nent C5a primes retinal pigment epithelial cells for inflammasome activation by lipofuscin-mediated pho-tooxidative damage. J Biol Chem 2015 Dec 25; 290 (52):

31189 – 98.

Prof. Dr. med. Tim U. Krohne, F.E.B.O. ist ge-schäftsführender Oberarzt und Leiter des mo-lekularbiologischen Forschungslabors der Universitäts-Augenklinik Bonn. Nach seinem

Prof. Dr. med. Tim U. Krohne, F.E.B.O.

UniversitätsAugenklinik Bonn ErnstAbbeStr. 2

53127 Bonn

Tel. 0228 / 28719839 (Sekretariat) Fax 0228 / 28711518

EMail: krohne@unibonn.de

K O N T A K T

Studium an den Universitäten Freiburg, London und Heidelberg absolvierte er seine Weiterbil-dung an der Universitäts-Augenklinik Bonn und einen dreijährigen Forschungsaufenthalt in der Abteilung für Zellbiologie des Scripps Research Institute, La Jolla/Kalifornien. Seine klinischen Schwerpunkte liegen im Bereich der Netzhaut-erkrankungen, der vitreoretinaler Chirurgie und der Kataraktchirurgie. Seine Forschungsschwer-punkte umfassen die Pathogenese und Thera-pie der altersabhängigen Makuladegeneration, die retinale Zellbiologie und die Stammzell-biologie.