TY  - THES
A1  - Paulukat, Jens
T1  - Regulation of IL-18 binding protein by IFN-gamma
N2  - In this study we investigated the regulation of IL-18BPa by IFN-y in the context of colon cancer and human autoimmune diseases. IL-18BPa is a naturally occuring inhibitor that counteracts IL-18 bioactivity. By enhancing IFN-y production IL-18 has been introduced as pivotal mediator of TH1 immune responses. Indeed, many IL-18 effects are mediated by IFN-y. IL-18 bioactivity is connected with the pathogenesis of different inflammatory diseases, for instance, septic shock, colitis, Crohn's disease, myasthenia gravis, multiple sclerosis, rheumatoid arthritis, atherosclerosis, and organ transplant rejection. In addition, IL-18 has tumor-suppressive properties. IFN-y induced IL-18BPa expression was shown on protein and mRNA level in different colon carcinoma cell lines, organ cultures of colonic intestinal biopsy specimens, HaCaT keratinocytes as well as rheumatoid arthritis fibroblastlike synoviocytes (RA-FLS). The IFN-y-mediated induction of IL-18BPa appears to be a more general phenomenom. The capability of IFN-y to induce IL-18BPa also has been confirmed on the promoter level by performing luciferase reporter gene studies with two IL- 18BP promoter fragments. A GAS-site proximal to the transcription start site has been identified to be relevant for IFN-y-mediated induction of these two IL18BP promoter fragments. The induction of IL-18BPa is most likely mediated by STAT-1 in DLD-1 colon carcinoma cells. Sodium butyrate inhibited IFN-y-induced IL-18BPa expression in these cells. On the basis of our observations, we postulate a negative feedback mechanism, by which IFN-y-dependent and -independent IL-18 action might be counterregulated. In this model sodium butyrate is an additional player, that may interrupt the postulated negative feedback loop. A coculture system was performed to simulate an inflammatory TH1 response. This model which is more close to the in vivo situation, confirmed upregulation of IL-18BPa by endogenously produced IFN-y. The role of IL-18BPa is manifold and depends on IL-18 function in each particular case. In autoimmune diseases, for instance, which are often characterized by a TH1 polarized immune response, IL-18BPa might counterregulate IL-18 and/or IL-18-induced IFN-y bioactivity. Important examples are Crohn's disease and rheumatoid arthritis. In CD therapeutic use of IL-18BPa may therefore restore a hypothetically disturbed IL-18/IL-18BP balance. Concerning RA, IL-18BPa expression might contribute to protective functions of IFN-y, observed in different murine models for arthritis and in rheumatoid arthritis patients. Moreover, IL-18BPa might inhibit IL-18-mediated induction of subsequent cardinal inflammatory cytokines responsible for the pathogenesis of these diseases. Indeed, the pharmaceutical industry successfully used IL-18BP as therapeutic agent in a murine model of RA and in phase I clinical trials. On the contrary, in the context of carcinogenesis IFN-y- mediated IL-18BPa expression might be disadvantageous. By counterregulating the IL-18 arm of immune defenses against tumors, IL-18BP may have the potential to promote carcinogenesis. Our hypothesis is underlined by the observation that sodium butyrate, known to be protective in colon cancer, inhibited IFN-y-induced IL-18BPa expression. In parallel, IL-18-induced IFN-y is also responsible for iNOS induction. iNOS-derived NO provides a second possible way for inhibition of IFN-y-dependent and -independent tumor suppressive effects of IL-18. Finally, IFN-y-induced IL-18BPa expression was confirmed on the promoter level. This induction on the promoter level was associated with STAT-1 binding to the GAS element proximal to the start of transcription. It is tempting to speculate that blockage of the cytokine cascade upstream of IL-1 and TNF- a on the level of IL-18 may be of therapeutic benefit. Our data reflect the relationship between inflammation and cancer, in that inflammatory cells and cytokines found in tumors are likely to contribute to tumor growth, progression, and immunosuppression than they are to mount an effective host antitumour response.
N2  - Intention dieser Arbeit war es, die IFN-y-vermittelte Regulation der Expression von IL-18 Bindeprotein (IL-18BPa) sowie dessen Freisetzung im Kontext von Kolonkrebs und humanen Autoimmunerkrankungen (Z.B. Morbus Crohn und rheumatoide Arthritis) zu untersuchen. Interleukin 18 (IL-18) als Hauptmediator einer TH1 Immunantwort, sowie sein natürlich vorkommender Inhibitor IL-18 Bindeprotein sind zwei neu beschriebene Kontrahenten im Zytokinnetzwerk. IL-18 verstärkt die IFN-y Produktion, wodurch letztendlich viele Effekte dieses Zytokins vermittelt werden. Lokale Konzentrationen beider Gegenspieler, IL-18 und IL-18BP, bestimmen die biologischen Funktionen von IL-18 im Zusammenhang mit Entzündung, Infektion und Krebs. Die jeweilige IL-18 Bioaktivität steht dabei in Verbindung mit der Pathogenese diverser entzündlicher Krankheiten wie z.B. Morbus Crohn, Multiple Sklerose, rheumatoide Arthritis und Atheriosklerose. Durch IL-18 ausgelöste TH1 lmmunantworten sind von Bedeutung bei verschiedenen Autoimmunerkrankungen sowie der Abstoßung von transplantierten Organen. Die Bioaktivität von IL-18 wird besonders durch die Splice-Variante IL-18BPa moduliert. Diese wurde als Hauptform in verschiedenen humanen cDNA Bibliotheken entdeckt und zeigt höchste Affinität für IL-1 8. Die IFN-y-vermittelte Expression von IL-18BPa wurde sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene in verschiedenen Kolon Karzinoma Zellinien, Organkulturen von Dickdarmbiopsien, HaCaT Keratinozyten sowie RA-Fibroblasten-ähnlichen Synoviozyten (RA-FLS) nachgewiesen. Sie scheint daher ein generelles Phänomen zu sein. Die Fähigkeit von IFN-y IL-18BPa zu induzieren, konnte ebenso auf Promoterebene bestätigt werden. Dies wurde in Reportergen-Assays mit zwei verschiedenen IL-18BP Promoter Fragmenten gezeigt. In diesem Zusammenhang ist ein GAS Element proximal zum Transkriptionstart identifiziert worden, welches relevant für die IFN-y-vermittelte Induktion dieser zwei erwähnten IL-18BP Promoter Fragmente ist. Die Induktion von IL18BPa wird höchstwahrscheinlich durch den Transkriptionsfaktor STAT-l in DLD-1 Kolon Karzinoma Zellen vermittelt. Die kurzkettige Fettsäure Butyrat hingegen inhibierte die IFN-y-induzierte IL-18BPa Expression in selbigen Zellen. Aufgrund unserer Beobachtungen postulieren wir hier einen negativen Rückkopplungsmechanismus, durch den IFN-y-abhängige und -unabhängige IL-18 Aktivität gegenreguliert wird. In diesem Modell stellt Butyrat einen zusätzlichen Faktor dar, welcher den postulierten negativen Rückkopplungsmechanismus unterbrechen könnte. Weiterhin wurde ein Kokultursystem mit dem Ziel etabliert, eine TH1-lmmunantwort zu simulieren. Dieses Modell entspricht eher der in vivo Situation und konnte eine Hochregulation von IL-18BPa durch endogen produziertes IFN-y bestätigen. Aufgrund der Datenlage ist man versucht zu schließen, daß eine Blockade der Zytokine Kaskade oberhalb von IL-1 und TNF-a auf der Ebene von IL-18 einen therapeutischen Nutzen bringen könnte. Die endogene Produktion von IL-18BP nach IFN-y stellt einen negativen Rückkopplungsmechanismus dar, der einerseits Entzündungsreaktionen limitiert, andererseits aber auch tumorsuppressive Eigenschaften von IL-18 einschränkt und so im Rahmen der Tumorabwehr kontraproduktiv sein kann.
KW  - IL-18
KW  - IL-18BPa
KW  - IFN-y
KW  - Butyrate
KW  - Cytokine
Y1  - 2003
UR  - http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/5270
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hebis:30-0000003351
ER  -