Die Cystische Fibrose oder Mukoviszidose ist die häufigste autosomal, rezessiv
vererbte Stoffwechselerkrankung in der kaukasischen Bevölkerungsgruppe.
Die Beteiligung der Lungen bei diesem syndromalen Krankheitsbild wiegt bei
weitem am schwersten. Neben der Besiedlung der Lunge mit fakultativ
pathogenen Keimen wie Pseudomonas aeruginosa, die zu chronischen
Entzündungen führen, besteht außerdem eine gestörte Immunregulation. Diese
führt zu einer durch neutrophile Granulozyten dominierten Inflammation, ohne
dass die Lunge bereits mit Erregern besiedelt ist. Der massive Einstrom der
Leukozyten in das Lungengewebe wird durch erhöhte Konzentrationen des
proinflammatorischen Zytokins Interleukin 8 ausgelöst. Es kommt zur
unverhältnismäßigen Freisetzung lysosomaler Enzyme und Sauerstoffradikale,
die neben bakteriellen Erregern auch das körpereigene Lungenparenchym
zerstören.
Die Ursache für den erhöhten IL–8–Gehalt in den Atemwegssekreten von CF–
Patienten ist bisher ungeklärt. Hyperosmotische Belastungen können in
Atemwegen zu inflammatorischen Vorgängen ohne eine zugrunde liegende
Infektion führen.
In der vorliegenden Arbeit wird ein möglicher Signalweg für IL–8 ausgelöst
durch hyperosmotischen Stress untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen eine
zeit– und dosisabhängige Induktion der Interleukin 8–Expression und
–Sekretion unter osmotischer Belastung.
Wir zeigen, dass an der verstärkten IL–8–Synthese verschiedene
Tyrosinkinasen beteiligt sind, die aufgrund der Änderungen des Zellvolumens
durch hypertone Bedingungen aktiviert werden.
Die Rezeptor–Tyrosinkinase EGFR wird durch hyperosmotischen Stress
aktiviert und beeinflußt die IL–8–Sekretion.
Der EGFR wird durch die Nicht–Rezeptor–Tyrosinkinase Src aktiviert, die
bekanntlich mit Integrinen interagiert, die an der osmosensorischen
Mechanotransduktion von Zellen beteiligt sind. Neben der direkten Aktivierung
des EGFR an dem Src–abhängigen Tyrosylrest Tyr845, erfolgt außerdem eine
Zusammenfassung/Abstract
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Beeinflussung der durch Autophosphorylierung aktivierten Tyrosylreste des
EGFR.
Die Aktivierung der Src durch hyperosmotische Bedingungen führt ebenfalls zu
einer verstärkten Interleukin 8–Expression und –Sekretion.
Auch die p38 MAPK ist an der vermehrten IL–8–Produktion durch hypertonen
Stress beteiligt. Die Stresskinase führt wie die Src–Kinase zur Aktivierung des
EGFR, wobei sie auch den Src–abhängigen Tyrosylrest Tyr845 beeinflußt.
Die p38 MAPK selbst wird wiederum durch die Src–Kinase aktiviert, was einen
zusammenhängenden Signalweg von Interleukin 8 unter hyperosmotischen
Belastungen vermuten lässt.
Bemerkenswert ist, dass der EGFR unter osmotischer Belastung die p38 MAPK
reguliert, also eine bidirektionale Verbindung zwischen diesen Proteinkinasen
besteht. Dieser Umstand deutet auf das Vorliegen Src–unabhängiger
Signalwege in der Interleukin 8–Signaltransduktion hin (siehe Abbildung 5.1).
Der veränderte Ionenhaushalt bei der Cystischen Fibrose aufgrund eines
defekten CFTR–Proteins könnte eine durch neutrophile Granulozyten
dominierte Inflammation ohne vorliegende Infektion der Lunge mit pathogenen
Erregern erklären, die zur verstärkten Lungendestruktion bei den CF–Patienten
führt.
Durch eine pharmakologische Hemmung einzelner oder mehrerer
Komponenten des Interleukin 8–Signalweges könnte eine reduzierte Produktion
des Chemokins erreicht werden, wodurch sich die Lungendestruktion
möglicherweise verzögern ließe und die Lebensqualität der CF–Patienten
länger erhalten bliebe.

Cystic fibrosis is the most common autosomal recessive disease in the
caucasian population.
The pulmonary component is the most severe problem in cystic fibrosis.
Besides the persistent bacterial infection of the large and small airways with
bacteria like Pseudomonas aeruginosa or Escherichia coli there is a disorder of
the cellular immune mechanisms.
CF lung disease is characterized by a massive infiltration of neutrophils into the
airway lumen even in the abscence of bacteria. This results from the typical
elevated level of proinflammatory cytokine interleukin 8. Release of neutrophil
degranulation products including elastase and free radicals results in
destruction of pathogens as well as the airway tissue.
The reason for the elevated IL–8 levels remains unknown.
Hyperosmotic stress leads to inflammation in alveolar epithelia without any
infection.
In this study we examined the signaling pathway of hyperosmotic challenge to
IL–8. The current work demonstrates a time– and dose–dependent manner of
IL–8 expression and secretion under hyperosmotic cell stress.
We show that the upregulation of interleukin 8 synthesis depends on multiple
tyrosine kinases activated by hyperosmotic stress.
Receptor tyrosine kinase EGFR is activated via hyperosmotic stress and affects
IL–8 synthesis. EGFR is also activated by non–receptor tyrosine kinase src
which interacts with integrins. Those are involved in osmosensoric
mechanotransduction of cells.
EGFR tyrosine residue Tyr845 is activated directly in a src–dependent manner.
There is an influence on autophosphorylation of several tyrosine residues of
EGFR besides.
The activation of src via hypertonic stress increases IL–8 expression and
secretion as well.
In addition p38 MAPK is involved in increased IL–8 production through
hypertonicity. This stress kinase activates EGFR like src with influence on the
src–dependent tyrosine residue Tyr845.
Zusammenfassung/Abstract
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Otherwise p38 MAPK is activated via src kinase. That makes a connected
signaling pathway likely.
It is remarkable that there is an EGFR–dependent regulation of p38 MAPK
through hyperosmotic challenge therefore a bidirectional connection of these
protein kinases. This fact makes a src–independent signaling pathway in IL–8
signaling likely (compare Figure 5.1).
The different ionic concentration in CF because of mutant CFTR protein
function is a possible explanation for the neutrophil–dominated inflammation of
the lung without any infection and ongoing destruction of lung tissue.
The pharmacological inhibition of one or several components of the IL–8
signaling pathway could reduce IL–8 production and possibly delay lung
destruction.
A prolonged quality of life in CF patients could be achieved.