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Zielsetzung und Fragestellung: Knochenmetastasen, primäre Knochentumoren und Knocheninfektionen sind oftmals durch einen pathologischen Knochenabbau infolge gesteigerter Osteoklastenbildung gekennzeichnet. In Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass die Aktivierung des cGAS/STING-Signalwegs in Makrophagen die Osteoklastogenese direkt hemmt. Diese Aktivierung führte jedoch neben der Bildung von anti-osteoklastogenen Typ-I-Interferon zur einer ausgeprägten, NF-κB-vermittelten proinflammatorischen Immunantwort. Ziel der vorliegenden Studie war es zu untersuchen, ob auch eine indirekte Hemmung der Osteoklastenbildung durch Aktivierung des cGAS/STING-Signalwegs in Osteoblasten und deren Freisetzung von Typ-I-Interferon möglich ist. Darüber hinaus sollte geklärt werden, ob die Aktivierung des cGAS/STING-Signalwegs die RANKL/OPG-Achse beeinflusst und dadurch zur Reduktion der osteoklastären Differenzierung beitragen kann.

Material und Methoden: Primäre Osteoblasten wurden aus Femora von Mäusen isoliert und mit Agonisten des cGAS/STING-Signalweg stimuliert (cGAS: G3-YSD, 24h; STING: 2’3’-cGAMP oder diABZI, jeweils 3 bzw. 6 h). Die Aktivierung des Signalwegs wurde mittels RT-qPCR, ELISA und Western Blot untersucht. Für funktionelle Analysen wurden die stimulierten Osteoblasten nach Auswaschen der Agonisten in einem Kokultursystem mit Knochenmarksmakrophagen (BMDMs) isogener Mäuse kultiviert. Die Differenzierung der BMDMs zu Osteoklasten erfolgte durch Stimulation mit RANKL, und die Anzahl der gebildeten Osteoklasten wurde nach spezifischer Färbung mikroskopisch quantifiziert. Alle Experimente wurden in mindestens drei unabhängigen Durchgängen durchgeführt, und die statistische Auswertung erfolgte mittels einfaktorieller Varianzanalyse (ANOVA).

Ergebnisse: Primäre Osteoblasten zeigten eine starke Reaktion auf die Stimulation mit dem cGAS-Agonisten G3-YSD sowie den STING-Liganden 2’3’-cGAMP (natürlich) und diABZI (synthetisch). Dies zeigte sich in der Aktivierung des Transkriptionsfaktors IRF3, gesteigerten mRNA-Spiegeln von Ifnb und dessen Zielgens Isg15 sowie nachweisbarem IFN-β im Überstand.Interessanterweise waren auch die OPG-Spiegel sowohl auf Genexpressions- als auch auf Proteinebene signifikant erhöht, während die mRNA-Menge des Gens für RANKL deutlich reduziert war. In dem Kokultursystem führte eine vorherige cGAS/STING-Aktivierung der Osteoblasten zu einer signifikanten Reduktion der RANKL-induzierten Osteoklastenbildung.

Diskussion und Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine Aktivierung des cGAS/STING-Signalwegs in Osteoblasten möglich ist und eine starke Typ-I-IFN-Antwort induziert. Gleichzeitig wird das Verhältnis der RANKL/OPG-Achse zugunsten einer erhöhten OPG-Produktion verschoben. Dies führte zu einer signifikanten Reduktion der RANKL-vermittelten Osteoklastenbildung von mit stimulierten Osteoblasten kokultivierten Makrophagen. Die Aktivierung des cGAS/STING-Signalwegs in Osteoblasten bietet somit einen vielversprechenden Ansatz, um die pathologisch gesteigerte Osteoklastenbildung bei osteolytischen Erkrankungen zu beeinflussen.