OR51B5 and OR1G1 in human lung epithelial cells as a potential drug target for odorant-induced airway sensitivity
Bei Hypersensitivität gegenüber Duftstoffen kann ein Therapie-refraktäres Asthma vom nicht-Typ 2 (T2) ausgelöst oder verschlechtert werden. Die Pathogenese wird primär durch das bronchiale Epithel vermittelt, das auf Duftstoffe mit Zellschädigung und der Freisetzung proinflammatorische Interleukine (IL)-6 und IL-8 reagiert. Extra-nasale olfaktorische Rezeptoren (ORs) wurden in verschiedenen Lungenzelltypen als potenzielle Regulatoren Asthma-assoziierter pathophysiologischer Prozesse identifiziert und könnten als neuartige therapeutische Zielstrukturen dienen. Zur Untersuchung dieser Hypothese wurden humane A549-Zellen (Lungenepithelzelllinie) und primäre bronchiale Epithelzellen (PBECs) in einem Luft-Flüssigkeits-Grenzschichtkultursystem kultiviert. Die Expression von ORs wurde mittels Reverse Transkriptase Polymerase-Kettenreaktion (PCR), Western Blot und Immunfluoreszenzfärbung analysiert. Die funktionelle Relevanz der OR-Aktivierung durch spezifische Liganden wurde mittels Kalzium (Ca2+)-Bildgebung, Enzymimmunoassays, Annexin V / Propidiumiodid -Durchflusszytometrie oder ELISA untersucht. Die funktionelle OR-Analyse in A549-Zellen zeigte einen Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration nach Stimulation mit den OR51B5-Agonisten Farnesol und Isononylalkohol sowie mit dem OR1G1-Agonisten Nonanal. Die mRNA und Protein-Expression beider ORs wurde nachgewiesen, die Immunfluoreszenzfärbungen zeigten jeweils vorwiegend intrazelluläre Lokalisationen. Die OR51B5-Aktivierung führte zu einem Ca²+ Einstrom, vermittelt durch die Adenylylcyclase/Zyklisches Adenosinmonophosphat und Phospholipase C / Inositoltriphosphat Signalwege. Farnesol, Isononylalkohol und Nonanal induzierten eine nekro-apoptotische Zellschädigung in A549-Zellen. Die OR51B5-Liganden reduzierten die Zellviabilität auch in PBECs. Alle drei Duftstoffe induzierten IL-6 und IL-8 in beiden Zelltypen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ORs im bronchialen Epithel eine zentrale Rolle bei der Entwicklung der Atemwegssensitivität gegenüber Duftstoffen spielen könnten. Die pharmakologische Antagonisierung dieser Rezeptoren stellt einen potenziellen therapeutischen Ansatz zur Behandlung des nicht-T2-duftstoffinduzierten Asthmas dar, für das derzeit nur eingeschränkte Behandlungsoptionen bestehen.
Hypersensitivity to odorants, such as perfumes, can trigger or exacerbate asthma with non-type 2 (T2) inflammation, for which effective therapeutic options are currently limited. The pathogenesis of odorant-induced asthma (OIA) mainly involves the lung epithelium, which reacts to odorants by inducing cell death and releasing pro-inflammatory cytokines, including interleukins (IL)-6 and IL-8. Extra-nasal olfactory receptors (ORs) have been identified in various lung cells as potential regulators of cellular processes involved in asthma, suggesting that these receptors could serve as novel therapeutic targets. To investigate this hypothesis, we utilized the A549 (lung epithelial cell line) and Primary bronchial epithelial cells (PBECs) using an air-liquid interface culture system. ORs expression was assessed using reverse transcriptase- polymerase Chain Reaction (PCR), western blot, and immunofluorescence techniques. The effects of ORs activation by specific ligands on various cellular parameters were investigated using calcium (Ca2+) imaging, enzyme immunoassays, Annexin V/propidium iodide-based fluorescence-activated cell staining, and ELISA, respectively. Screening of ORs in A549 cells through calcium imaging revealed an increase in intracellular Ca2+ levels upon cell stimulation with the OR51B5 agonists, farnesol and isononyl alcohol, as well as the OR1G1 agonist, nonanal. Both OR51B5 and OR1G1 mRNAs and proteins were detected, and immunofluorescence staining showed their predominant intracellular localization. Activation of OR51B5 induced Ca2+ influx through signaling pathways dependent on both the adenylyl cyclase/Cyclic adenosine monophosphate and Phospholipase C / inositol triphosphate second messenger systems. Furthermore, farnesol, isononyl alcohol, and nonanal induced cell death in the cell line, but only OR51B5 ligands reduced cell viability in the PBECs. All three odorants significantly stimulated the release of IL-6 and IL-8 in both the cell line and primary cells. I conclude that ORs in the lung epithelium may significantly mediate airway sensitivity to odorants. Antagonizing ORs in future studies could offer a promising therapeutic strategy for treating OIA with non-T2 inflammation, which currently lacks effective therapies.