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Zielsetzung und Fragestellung: Entzündliche Knochenerkrankungen wie rheumatoide Arthritis und periprothetische Infektionen sind mit einer gesteigerten Osteoklastenbildung und fortschreitendem Knochenverlust verbunden. Das Sensormolekül cGAS (cyclic GMP-AMP Synthase) erkennt zelluläre und pathogene DNA im Zytosol und führt über Aktivierung von STING (Stimulator of Interferon Genes) zur Freisetzung von Typ-I-Interferonen und proinflammatorischen Zytokinen. Aktuelle Studien zeigen, dass STING über Typ-I-Interferone die Osteoklastogenese regulieren und Einfluss auf die Knochenhomöostase nehmen kann. Die gezielte Beeinflussung dieses Signalwegs könnte somit nicht nur immuntherapeutische Strategien erweitern, sondern auch eine Möglichkeit zur Kontrolle des Osteoklasten-bedingten Knochenabbaus bieten. Ziel dieser Studie war es, zu untersuchen, inwieweit eine Modulation des cGAS-STING-Wegs die Bildung von Osteoklasten beeinflusst.

Material und Methoden: Primäre Knochenmarksmakrophagen (BMDMs) aus Mäusen sowie RAW 264.7-Zellen wurden durch Stimulation mit RANKL in Osteoklasten differenziert. Zur gezielten Modulation des cGAS-STING-Wegs erfolgte dessen Aktivierung durch G3-YSD (cGAS-Agonist), 2‘3‘-cGAMP (natürlicher STING-Ligand) und diABZI (synthetischer STING-Agonist) oder dessen Inhibierung mittels RU.521 (cGAS-Inhibitor) und H-151 (STING-Inhibitor). Die Behandlung wurde entweder zu Beginn oder zu verschiedenen Zeitpunkten während der RANKL-vermittelten Osteoklastogenese durchgeführt. Zur Analyse der cGAS-STING-Aktivität sowie deren Einfluss auf die Osteoklastenbildung wurden RT-qPCR, Western Blot und FACS eingesetzt. Die Anzahl der gebildeten Osteoklasten wurde nach spezifischer Färbung mikroskopisch quantifiziert. Alle Experimente wurden in mindestens drei unabhängigen Versuchen durchgeführt und die statistische Analyse erfolgte mittels einfaktorieller Varianzanalyse (ANOVA).

Ergebnisse: Die Aktivierung von cGAS in BMDMs führte zur Expression von Ifnb und dem Typ-I-IFN-Zielgen Isg15 sowie zu einer verringerten Osteoklastenzahl. In RAW 264.7-Zellen konnte dieser Effekt nicht beobachtet werden. Die Aktivierung von STING vor und während der Osteoklastogenese induzierte hingegen in beiden Makrophagenmodellen eine Typ-I-IFN-Antwort, reduzierte die Expression von Osteoklastenmarkern und führte letztendlich zu einer geringeren Zahl von Osteoklasten. Der Effekt war auch hier in den BMDMs stärker ausgeprägt. Die Inhibierung von cGAS oder STING resultierte insbesondere während der frühen Phase der Osteoklastogenese in einer verstärkten Osteoklastenbildung. Die BMDMs reagierten dabei sensitiver auf die Inhibierung von STING, wohingegen die Inhibierung von cGAS die stärkeren Effekte auf die RAW 264.7-Zellen zeigte. Diese Unterschiede könnten durch die unterschiedlichen Expressionsmuster von cGAS bzw. STING in den beiden Makrophagenmodellen bedingt sein.

Diskussion und Schlussfolgerung: Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse, dass die Modulation des cGAS-STING-Wegs die Osteoklastenbildung insbesondere während der Induktion und frühen Differenzierung beeinflusst, während die Reifung der Osteoklasten weniger stark betroffen ist. Diese Erkenntnisse legen nahe, dass bei der gezielten Modulation des cGAS-STING-Wegs zu immuntherapeutischen Zwecken in entzündlichen Knochenerkrankungen auch Auswirkungen auf die Osteoklastenbildung berücksichtigt werden sollten.