Rheumatoide Arthritis (RA) ist eine häufig auftretende, chronisch entzündliche Gelenkerkrankung, die zu Knorpel- und Knochenschäden sowie zu einer vollständigen Destruktion der Gelenke führen kann. Bis heute ist die komplexe Pathophysiologie der Krankheit nicht vollständig aufgeklärt. RA ist gekennzeichnet durch ein Anschwellen der Gelenke und die Infiltration einer Vielzahl von Immunzellen in die Gelenkkapseln. Die Entzündung wird hauptsächlich durch die Kommunikation der Zellen innerhalb der betroffenen Gelenke über Zytokine und andere proinflammatorische Mediatoren vermittelt. Die Entdeckung kleiner extrazellulärer Vesikel (sEVs) und ihrer interzellulären Kommunikationsfähigkeit, hat in den letzten zehn Jahren das Interesse vieler Forschungsgruppen geweckt. sEVs transportieren dabei ihren Inhalt von einer Absender- zu einer spezifischen Empfängerzelle und spielen nachweislich eine wichtige Rolle bei der Pathogenese verschiedener Krankheiten. Im Mittelpunkt der sEV-Forschung steht heute vor allem ihre Beteiligung an der Pathogenese von Entzündungskrankheiten wie RA sowie beim Tumorwachstum. Die fortschreitende Knochenzerstörung durch Osteoklasten in den von RA betroffenen Gelenken ist dabei möglicherweise die schwerwiegendste Veränderung, da sie irreversibel ist und zu einem vollständigen Funktionsverlust der Gelenke führen kann. Das Hauptziel dieser Doktorarbeit war es deshalb, neue Erkenntnisse über die Auswirkungen von sEV-vermittelten Mikro-RNAs (miRs) im Rahmen der Osteoklastendifferenzierung zu gewinnen. MiRs sind kleine, nicht-kodierende RNAs, die hauptsächlich für ihre Rolle als post-transkriptionelle Repressoren bekannt sind. Jedoch wurden in jüngster Zeit alternative Funktionen von miRs nachgewiesen, die sie als Aktivatoren der Genexpression oder als Liganden für endosomale einzelsträngige RNA-Rezeptoren wie Toll-like receptor (TLR) 7 oder TLR8 beschreiben. TLRs sind Rezeptoren des angeborenen Immunsystems und erkennen üblicherweise virale einzelsträngige RNAs. Bei Aktivierung durch einen Liganden wird eine nachfolgende Signaltransduktion eingeleitet, was zur Translokation des Transkriptionsfaktors kappa-light-chain-enhancer of activated B-cells (NF-κB) und zur erhöhten Transkription von verschiedenen proinflammatorischen Zielgenen führt.

In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sEVs, die aus der Synovialflüssigkeit von RA-Patienten isoliert wurden, fähig sind, in vitro die Osteoklastendifferenzierung in zeit- und konzentrationsabhängiger Weise zu induzieren. Die Analyse der Zusammensetzung dieser sEVs ergab einen hohen Anteil an miR-574-5p im Vergleich zu anderen miRs, wie beispielsweise miR-146a-5p oder miR-155-5p. Synoviale Fibroblasten (SFs), die eine wichtige Rolle bei der Progression der Erkrankung spielen, wurden dabei als eine der Hauptquellen dieser extrazellulären miR 574-5p in der Synovialflüssigkeit identifiziert. Um die Rolle von sEV-vermitteltem Transport von miR-574 5p bei der Osteoklastogenese zu untersuchen, wurde ein System zur Überexpression (oe) geschaffen, welches eine Anreicherung von miR-574-5p in sEVs ermöglicht. Die Stimulation monozytärer Osteoklastenvorläuferzellen zeigte, dass miR-574-5p oe sEVs die Differenzierung der Osteoklasten zeitabhängig induzierte. Dieser Effekt konnte auf eine Aktivierung von TLR7 und TLR8 zurückgeführt werden. Zum Nachweis der Bindung von miR-574-5p an TLR8 wurde ein microscale thermophoresis assay (MST) durchgeführt, der eine starke Bindung mit einem KD von 30,8 ± 5,2 nM ergab. Darüber hinaus konnte mit der Inhibierung von TLR7 und TLR8 der Einfluss von miR 574 5p auf die Osteoklastenbildung aufgehoben werden. Dies deutet darauf hin, dass dieser Effekt durch die Aktivierung von TLR7/8 vermittelt wird. Vergleichbare Ergebnisse wurden mit dem synthetischen TLR7/8-Liganden Resiqiumod (R848) erzielt. Auch hier wurde ein konzentrations- und zeitabhängiger Effekt auf die Osteoklastogenese beobachtet, was die allgemeine Hypothese unterstützt, dass die TLR7/8-Aktivierung dies vermittelt. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die mRNA-Level mehrerer TLR7/8-Zielgene, wie Interleukin 23 (IL-23), Interferon alpha (IFNα) und microsomal prostaglandin E synthase-1 (mPGES-1), als Reaktion auf die Stimulierung mit miR-574-5p oe sEVs hochreguliert wurden. Diese Effekte konnten auch durch die Inhibierung von TLR7 und TLR8 verhindert werden.

Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass durch eine Aktivierung von TLR7/8 ein sEV-vermittelter Transport der miR-574-5p zu einer Erhöhung der Osteoklastogenese führt. Diese neuen Erkenntnisse bieten die Möglichkeit, in Zukunft neue Behandlungsansätze für RA bei Patienten zu entwickeln, die auf diesen Mechanismus abzielen.