Einsatz von siRNA zur Intervention bei allergischem Asthma am Beispiel des Transkriptionsfaktors STAT6

Abstract

Allergische Erkrankungen wie das allergische Asthma werden sich zu einem großen Problem des 21.Jahrhunderts entwickeln. In der Pathogenese der Erkrankung spielen Th2-Zellen und ihre Zytokine eine entscheidende Rolle. Der Transkriptionsfaktor STAT6, der für die Signaltransduktion von IL-4 und IL-13 wichtig ist und außerdem in den Luftwegen von asthmatischen Patienten hochreguliert wird, ist ein aussichtsreicher Kandidat als Zielmolekül für eine innovative Therapie des allergischen Asthmas. Mit Hilfe sequenzspezifischer STAT6-siRNA sollte die Wirksamkeit der RNA-Interferenz-Technologie bei allergischem Asthma im Mausmodell untersucht werden. Zuerst wurde die Effizienz von STAT6-spezifischer-siRNA (ss3) in der Zellkultur untersucht, wo eine 60%ige Herunterregulierung der mRNA-Expression von STAT6 gezeigt werden konnte. Um mögliche Off-Target-Effekte der siRNA zu analysieren, wurde die Expression von STAT1 und STAT2 quantifiziert, da diese Transkriptionsfaktoren heraufreguliert werden, wenn es zu einer Aktivierung der Typ1-Interferone kommt. Die mRNA-Expression von STAT1 und STAT2 änderte sich nicht in siRNA- transfizierten Zellen. In vivo wurden OVA/Alum sensibilisierte BALB/c- Mäuse vor den i.n. OVA Provokationen mit ss3 behandelt. Zur Überprüfung der Effektivität wurden die Atemwegsentzündung und –hyperreaktivität, die pathologischen Veränderungen und die Expression der mRNA der Th2-Zytokine in der Lunge analysiert. Die Sensibilisierung und Provokation mit OVA/Alum führte bei den BALB/c-Mäusen zu asthmatisch-pathologischen Veränderungen in den Atemwegen und der Lunge. Wurden die Tiere vor und während der Provokation mit ss3 i.n. behandelt, zeigten sie im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe eine Verringerung der erwähnten pathologischen Veränderungen. Zudem war die mRNA- Expression der Zytokine IL-4, IL-5 und IL-13 in der ss3-behandelten Gruppe herunterreguliert. Cholesterol-konjugierte STAT6-siRNA erreichte ebenfalls eine Reduktion der Atemwegsinflammation und –hyperreaktion; wegen einer Neutrophilen-Aktivierung schied diese Form der siRNA-Konjugierung zur Verbesserung des siRNA-Transports jedoch aus. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Behandlung der Tiere mit ss3 eine Reduktion der mRNA Expression von STAT6, IL-4, IL-5 und IL-13 bewirkte, was zu einer Reduktion der Allergen-induzierten Atemwegsentzündung und –hyperreaktivität führte.

Allergic diseases e.g. allergic asthma could become the epidemic of the 21st century. Th2 cells and their cytokines play a crucial role in the pathogenesis. The transcription factor STAT6 (signal transducer and activator of transcription 6) is important in the signal pathway of Th2-mediated allergic immune responses: STAT6 is activated in response to IL-4 and IL-13 and contributes to various functions like Th-cell differentiation and Th-cell cytokine production and is thus jointly responsible for allergen-specific IgE and IgG1 production, airways eosinophilia and morphological changes to the airways. Further, STAT6 is up-regulated in the airways of asthmatic patients. For this reason, targeting STAT6 may offer very effective and novel strategies to prevent and treat allergic diseases such as asthma. Gene silencing by small interfering (si) RNA has shown high efficacy to suppress the expression of specific genes by cleavage of mRNA in a sequence-specific manner. In this work we wanted to evaluate whether a reduction of STAT6 by specific siRNA reduces the symptoms of allergic asthma like airway inflammation (AI) and airway hyperreactivity (AHR) in a murine model of allergic airway disease. STAT6-siRNA was tested in a well-established mouse model of allergen-induced AI and AHR. BALB/c mice were sensitized with OVA/alum twice intraperitoneally and treated with STAT6-siRNA by i.n. application before and during OVA challenges. STAT6-siRNA reduced the development of allergen-induced airway hyperreactivity as measured by in vivo lung function after airway provocation with increasing doses of methacholine compared to placebo-treated sensitized and challenged mice. It also reduced histological alterations like goblet cell hyperplasia, peribronchial inflammation and eosinophil infiltration in lung tissues. Furthermore, mRNA expression of IL-4, IL-5 and IL-13 of STAT6-siRNA treated mice was down-regulated. Cholesterol-labeled siRNA was also potent to reduce AI and AHR but induced neutrophilia. In summary, targeting the key transcription factor STAT6 by gene silencing with siRNA effectively blocks the development of symptoms of allergic asthma like allergen-induced AI and AHR and may thus serve as a novel approach to treat allergic airway diseases.