NLRP3-Knockout stimuliert die Expression von AIM2 im murinen Frakturheilungsmodell

Abstract

Trotz zahlreicher Behandlungsoptionen führen Frakturen auch heute noch in 5-10% der Fälle zu einer gestörten Knochenheilung. Dies stellt nicht nur für die betroffenen Patienten, sondern auch für das Gesundheitssystem eine enorme Belastung dar. So häufig wie Frakturen sind, so komplex ist auch deren Heilungsprozess. Gerade die am Anfang stehende Inflammatorische Phase lässt, trotz intensiver Forschung, mit ihrer komplexen Orchestrierung verschiedenster Zellen, Zytokinen und Wachstumsfaktoren noch viele Fragen offen. Das nucleotide-binding oligomerisation domain (NOD)-like receptors (NLRs) protein 3 (NLRP3) - Inflammasom ist in diesem Zusammenhang von besonderem Interesse. Es erkennt zahlreiche pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) und damage-associated molecular patterns (DAMPs), wie sie bei einer Fraktur vorkommen, und ist ein potenter Treiber der Inflammation. Eine adäquate inflammatorische Reaktion ist für eine erfolgreiche Frakturheilung unabdingbar, bedarf allerdings einer strengen Regulierung. So konnten bisherige Forschungen bereits einen schädlichen Einfluss einer vermehrten NLRP3 Expression auf die Skelettentwicklung zeigen. Darüber hinaus konnte eine Inhibierung des vermehrt exprimierten NLRP3 im diabetischen Rattenmodell die Knochenregeneration verbessern. Ein potentieller Einfluss des NLRP3 auf die Frakturheilung in einem nicht inflammatorischen Umfeld war bislang noch nicht bekannt und wurde in dieser Arbeit vergleichend zwischen Wildtyp- (WT) und NLRP3-/--Mäusen unter Anwendung des MouseScrew-Modells untersucht. Dabei zeigte sich bei NLRP3 knockout Mäusen eine verminderte Angiogenese sowie eine Reduktiuon der zellulär-inflammatorischen Antwort. Die Frakturheilung der NLRP3-/--Mäusen zeigte sich dennoch nur geringfügig beinträchtigt. Entgegen der Erwartung hatte der NLRP3 Knockout keinen signifikanten Einfluss auf dessen Effektorzytokine IL-1ß oder IL-18. Allerdings konnte eine Überexpression von absent in melanoma 2 (AIM2) bei den NLRP3-/-- Tieren nachgewiesen werden, welche den Knock-out funktionell zu kompensieren schien.

Despite numerous treatment options, fractures still lead to delayed healing or non-union failed bone regeneration in 5-10% of cases. This represents an enormous burden not only for the patients affected, but also for the healthcare system. As common as fractures are, their healing process is just as complex. Despite intensive research, the inflammatory phase in particular, with its complex orchestration of various cells, cytokines and growth factors, still leaves many questions unanswered. The nucleotide-binding oligomerisation domain (NOD)-like receptors (NLRs) protein 3 (NLRP3) - inflammasome is of particular interest in this context. It recognises numerous pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) and damage-associated molecular patterns (DAMPs), as they occur in a fracture, and is a potent driver of inflammation. The inflammatory response is essential for adequate fracture healing, but requires strict regulation. Previous research has already shown a detrimental effect of increased NLRP3 expression on skeletal development. Furthermore, inhibition of the increased expression of NLRP3 in the diabetic rat model was able to improve bone regeneration. A potential influence of NLRP3 on fracture healing in a non-inflammatory environment was not yet known and was investigated in this study by comparing wild-type (WT) and NLRP3-/- mice using the mouse-screw model. The NLRP3 knockout resulted in a reduced angiogenesis and a reduction of the cellular-inflammatory response. Nevertheless, the fracture healing of the NLRP3-/--mice was only slightly impaired. Contrary to expectations, the NLRP3 knockout had no significant influence on its effector cytokines IL-1ß or IL-18. However, an overexpression of absent in melanoma 2 (AIM2) found in the NLRP3-/- animals, appeared to functionally compensate for the NLRP3 knockout.