I-kappaB-Kinase epsilon - ein neues Zielprotein für die Pharmakotherapie bei Schmerz und Entzündung?

I-kappaB kinase epsilon - a novel target for the pharmacotherapy of pain and inflammation?

Der Transkriptionsfaktor NF-kappaB spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation von Immunantworten, Apoptose und Entzündungen sowie bei der Entstehung und Verarbeitung von Schmerzen. Ein pharmakologischer Eingriff in di
Der Transkriptionsfaktor NF-kappaB spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation von Immunantworten, Apoptose und Entzündungen sowie bei der Entstehung und Verarbeitung von Schmerzen. Ein pharmakologischer Eingriff in die NF-kappaB-Aktivierungskaskade könnte daher eine Schmerzhemmung bewirken und so Ansätze für die Entwicklung neuer Therapien für pathophysiologische Schmerzen liefern. Die NF-kappaB-Signalübertragungskaskade bietet verschiedene Angriffspunkte für Pharmaka, wobei zurzeit IkappaB Kinasen (IKK) als hoffnungsvolle Zielmoleküle im Fokus der Untersuchungen stehen. Verschiedene IKKs regulieren die Aktivität von NF-kappaB über die Phosphorylierung des inhibitorischen Proteins IkappaB oder über die direkte Phosphorylierung von NF-kappaB. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle der neu entdeckten IKK epsilon bei der Schmerzentstehung und -verarbeitung sowie deren Eignung als neues Zielmolekül für die Schmerztherapie näher untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass IKK epsilon konstitutiv in Geweben der Maus, welche an der Entstehung und Verarbeitung von Schmerzen beteiligt sind, exprimiert ist. Im Rückenmark konnte die Lokalisation von IKK epsilon in den schmerzrelevanten Laminae I und II des Dorsalhorns nachgewiesen werden und auch in den Hinterwurzelganglien (Dorsal Root Ganglia (DRG’s)) war IKK epsilon in kleinen, nozizeptiven Neuronen exprimiert. Nach peripherer entzündlich-nozizeptiver Stimulation mit Formalin oder Zymosan kam es im Lumbalmark und den DRG’s zu einem signifikanten Anstieg der IKK epsilon-Expression sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene. Diese Beobachtungen machten eine Beteiligung von IKK epsilon an der Prozessierung von Schmerz sehr wahrscheinlich. Um die Rolle von IKK epsilon während der Schmerzentstehung und -verarbeitung besser beurteilen zu können wurde das Verhalten von IKK epsilon defizienten Mäusen in akuten und inflammatorischen Schmerzmodellen charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass der Knockout von IKK epsilon zu einem signifikant verringerten nozizeptiven Verhalten im Formalintest und einer Hemmung der mechanischen Hyperalgesie nach Zymosaninjektion im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen führte. Gleichzeitig konnte kein Unterschied im akut nozizeptiven Verhalten festgestellt werden. Der Knockout von IKK epsilon hatte demnach keine Auswirkung auf den akuten physiologischen Nozizeptorschmerz, zeigte jedoch eine Verbesserung bei pathophysiologischen Schmerzen. Das verringerte nozizeptive Verhalten der IKK epsilon defizienten Mäuse im Formalintest ging mit einer Hemmung der NF-kappaB-Aktivierung im Rückenmark einher. Auch konnte eine verringerte mRNA-Expression der NF-kappaB-abhängigen Gene Cyclooxygenase-2 (COX-2), Matrixmetalloprotease-9 (MMP-9) und induzierbare Stickstoffmonoxid-Synthase (iNOS), die an der Regulation von Entzündungsschmerzen beteiligt sind, im Rückenmark und den DRG’s nachgewiesen werden. Da IKK epsilon bisher hauptsächlich mit der Aktivierung des TypI Interferon-Signalweges in Zusammenhang gebracht wurde, wurde außerdem geprüft, ob es nach Injektion mit Formalin zu einer Aktivierung des Trankriptionsfaktors Interferon-regulierender Faktor (IRF)-3 in Wildtyp-Mäusen kommt, was nicht beobachtet werden konnte. Der Knockout von IKK epsilon scheint demnach seine antinozizeptive Wirkung direkt über eine fehlende Aktivierung von NF-kappaB zu entfalten, wonach IKK epsilon eine bedeutendere Rolle als bisher angenommen bei der Aktivierung von NF-kappaB spielt. Dies konnte durch in vitro Daten untermauert werden. Der Knockdown von IKK epsilon in Makrophagen-Zellkultur mit spezifischer siRNA verhinderte die Phosphorylierung von NF-kappaBp65 am Serinrest 536 nach Stimulation mit LPS. Anhand der vorliegenden Daten lässt sich also schlussfolgern, dass IKK epsilon an der Schmerzentstehung und verarbeitung bei Entzündungen beteiligt zu sein scheint. Eine Hemmung dieser Kinase könnte demnach ein neues, lohnendes Ziel für die Entwicklung neuer Medikamente für die Schmerztherapie sein.
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The transcription factor nuclear factor kappaB (NF-kappaB) plays a crucial role in immune response, apoptosis and inflammation. Furthermore, NF-kappaB is also involved in the development and processing of pain. According
The transcription factor nuclear factor kappaB (NF-kappaB) plays a crucial role in immune response, apoptosis and inflammation. Furthermore, NF-kappaB is also involved in the development and processing of pain. Accordingly, a pharmacological intervention into this pathway may have antinociceptive effects and could provide novel treatment strategies for pathological pain. The NF-kappaB activation cascade offers different targets for pharmacological treatment, currently IkappaB kinases (IKK) are in main focus. Different IKKs regulate NF-kappaB activity by phosphorylation of its inhibitory protein IkappaB or by direct phosphorylation of NF-kappaB. The present work analysed the role of the recently discovered IKK epsilon during development and processing of pain and its suitability as a new target for the treatment of pathological pain. In my PhD thesis I could demonstrate that IKK epsilon is constitutively expressed in mouse tissues that are relevant for nociception. IKK epsilon-mRNA was detected in the pain relevant laminae I and II of the spinal cord as well as in the small nociceptive neurons of the dorsal root ganglia (DRGs). IKK epsilon-mRNA and -protein levels were significantly increased in spinal cord and DRGs during hind paw inflammation evoked by injection of formalin or zymosan. This observation made a role of IKK epsilon during processing of pain most likely. To characterize the role of IKK epsilon during nociception more precisely the behaviour of IKK epsilon knock-out mice has been analysed in models of acute and inflammatory pain. In comparison to wild type mice IKK epsilon deficient mice showed a significant reduced nociceptive behaviour in the formalin test as well as a retardation of mechanical hyperalgesia after injection of zymosan. In contrast, IKK epsilon knock-out mice showed normal nociceptive responses to acute heat or mechanical stimulation. Thus, the knock-out of IKK epsilon has no effect on acute nociception but contributed to the development of inflammatory hyperalgesia. Mechanistically, antinociceptive effects were associated with reduced activation of NF-kappaB and attenuated NF-kappaB-dependent induction of cyclooxygenase-2 (COX-2), inducible nitric oxide synthase (iNOS) and metalloproteinase-9 (MMP-9) in the spinal cord. Interferon regulating factor (IRF)-3, which is discussed as an important IKK epsilon target, was not regulated after inflammatory nociceptive stimulation with formalin in wild type mice. These results indicate that IKK epsilon modulates inflammatory pain sensitivity by regulation of NF-kappaB activation and thus IKK epsilon is more important for activation of NF-kappaB than assumed so far. These findings could be confirmed by in vitro analysis. The knockdown of IKK epsilon with specific siRNA in cultivated mouse macrophages prevented the phosphorylation of NF-kappaB at the serin residue 536 after stimulation with LPS. In conclusion, the results of my PhD thesis indicate that IKK epsilon plays a role in nociception and may therefore prove as a novel target for analgesic therapy.
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Metadaten
Author:Christine Verena Möser
URN:urn:nbn:de:hebis:30-84951
Referee:Dieter Steinhilber
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2010/11/12
Year of first Publication:2010
Publishing Institution:Univ.-Bibliothek Frankfurt am Main
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Univ.
Date of final exam:2010/10/29
Release Date:2010/11/12
Tag:IKK epsilon
IKK epsilon; Nuclear factor kappa B ; Pain
SWD-Keyword:Nuklearfaktor Kappa B; Schmerz ; Schmerzforschung
HeBIS PPN:228723876
Institutes:Pharmazie
Zentrum für Arzneimittelforschung, Entwicklung und Sicherheit
Dewey Decimal Classification:570 Biowissenschaften; Biologie
Sammlungen:Universitätspublikationen
Biologische Hochschulschriften (Goethe-Universität)
Licence (German):License Logo Veröffentlichungsvertrag für Publikationen

$Rev: 11761 $