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Andrea Langanke

• 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 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 101 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.