Neuer NLRP3-Inhibitor blockiert Entzündungen auf einem anderen Weg als MCC950

Entzündungen liegen vielen altersbedingten Erkrankungen zugrunde, darunter Neurodegeneration, Stoffwechselerkrankungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Das NLRP3-Inflammasom ist ein zentraler Treiber: Es löst die Freisetzung von IL-1β und IL-18 sowie eine Form des entzündlichen Zelltods namens Pyroptose aus. Derzeit stehen Biologika zur Verfügung, die die IL-1-Signalübertragung blockieren. Niedermolekulare NLRP3-Inhibitoren könnten zusätzlich IL-18 und die Pyroptose hemmen und das Gehirn erreichen. Die meisten Kandidaten in der klinischen Entwicklung sind Sulfonylharnstoffe oder MCC950-Derivate, die Off-Target-Effekte aufweisen (etwa die Hemmung der Carboanhydrase 2) und gegen bestimmte NLRP3-Mutationen nur schwach wirken. Deshalb sind chemisch unterschiedliche Inhibitoren wertvoll.

Das Team charakterisierte BAL-0028, ein Indazol, das in einem Screening einer DNA-codierten Bibliothek mit mehr als 500 Milliarden Verbindungen identifiziert wurde, sowie ein Derivat, BAL-0598. Die Substanzen wurden in THP-1-Zellen, primären humanen Monozyten und Makrophagen, aus iPSC gewonnenen Mikroglia und Makrophagen sowie in humanem Vollblut getestet. Gemessen wurden unter anderem die Freisetzung von IL-1β und LDH, die Spaltung von Caspase-1 und die Bildung von ASC-Specks. Außerdem führten die Forschenden artübergreifende Assays, In-vitro-ATPase-Assays und Bindungsstudien (nanoDSF, SPR, DARTS) durch. Schließlich testeten sie BAL-0598 in humanisierten NLRP3-Mäusen.

BAL-0028 hemmte die NLRP3-abhängige IL-1β-Freisetzung in THP-1-Zellen mit einem IC50 von 57,5 nM (MCC950: 14,3 nM). Es war bei mehreren Stimuli (Nigericin, ATP, MSU) und in verschiedenen Zelltypen wirksam und in aus iPSC gewonnenen Mikroglia gleich potent wie MCC950. Es blockierte die Caspase-1-Aktivierung, die IL-1β-Prozessierung und ASC-Specks, ohne das LPS-Priming zu beeinflussen, und war nicht zytotoxisch. Unterhalb von 10 μM hemmte es weder die AIM2-, NAIP/NLRC4- noch NLRP1-Inflammasomen, wobei bei 10 μM teilweise Off-Target-Effekte auftraten. Die Potenz sank in Mauszellen um mehr als das 100-Fache und fehlte in Zellen von Ratte, Hund und Kaninchen; sie blieb jedoch in Zellen von Grünen Meerkatzen und Cynomolgus-Affen sowie in Mauszellen mit humanem NLRP3 erhalten. Eine Gruppe von Aminosäureresten in der FISNA-Region unterscheidet sich zwischen Primaten und anderen Säugetieren und könnte dies erklären.

Mechanistisch hemmte BAL-0028 die NLRP3-ATPase-Aktivität nicht, anders als MCC950. Es band an die NACHT-Domäne (SPR-KD ~96–113 nM). In der Kompetitions-nanoDSF stabilisierte es die MCC950-gebundene NACHT-Domäne zusätzlich, und die beiden Substanzen wirkten in Zellen additiv statt synergistisch, was auf eine unterschiedliche Bindungsstelle hindeutet. BAL-0598 wurde entwickelt, um die Plasmaproteinbindung zu verringern (etwa 98,4 % gegenüber 99,9 % gebunden). Es behielt dieselbe Speziesselektivität, Reversibilität und NACHT-Bindung (KD ~193 nM). Es hemmte NLRP3 in vivo in einem Peritonitis-Modell bei humanisierten Mäusen, und beide Substanzen hemmten ausgewählte hyperaktive NLRP3-AID-Mutanten stärker als MCC950.

Diese Verbindungen stellen eine neue Modalität der NLRP3-Hemmung dar und könnten dort nützlich sein, wo Wirkstoffe vom MCC950-Typ versagen. Zu den Einschränkungen zählen die sehr hohe Plasmaproteinbindung, die Notwendigkeit humanisierter Modelle aufgrund der Speziesselektivität, die teilweise Off-Target-Aktivität bei hohen Konzentrationen und das Fehlen von Humandaten. Der Volltextauszug war abgeschnitten, bevor die In-vivo- und Mutationsergebnisse im Detail dargestellt wurden.