Untersuchungen über die Regulation der Genexpression von Interleukin-18-Bindungsprotein und Interleukin-18

  • Interleukin-18-Bindungsprotein (IL-18BP) ist ein erst kürzlich entdeckter Gegenspieler von Interleukin-18 (IL-18). Aufgrund der Eigenschaft von IL-18BP mit hoher Affinität an IL-18 zu binden, wird IL-18 neutralisiert und seine biologischen Wirkungen durch IL-18BP inhibiert. Das Zytokin IL-18 ist ein multifunktioneller Botenstoff des Immunsystems, dessen Aktivität bei der Entstehung von Entzündungen, der Abwehr von Infektionen und der Rückbildung von Tumoren beteiligt sein kann. Eine der bedeutendsten Wirkungen von IL-18 ist insbesondere seine Fähigkeit die Produktion und Freisetzung von Interferon-gamma durch T-Helfer Typ 1 (Th1) Zellen, Natürliche Killer (NK) Zellen und CD8+ zytotoxische Zellen auszulösen. Bislang war lediglich bekannt, dass es sich bei IL-18BP um ein konstitutiv exprimiertes und sezerniertes Protein handelt. Die Zielsetzung dieser Promotionsarbeit war es zu untersuchen, ob eine Regulation der Genexpression von IL-18BP in Nicht-Immunzellen stattfindet. Dazu wurde im ersten Schritt eine semiquantitative RT-PCR Methode etabliert, mit Hilfe derer eine schwache konstitutive Expression der IL-18BP mRNA in Zellkulturen von humanen renalen Mesangiumzellen, epithelialen DLD-1 Kolonkarzinomzellen und Fibroblasten nachgewiesen wurde. Im Folgenden konnte als wesentliches Ergebnis festgestellt werden, dass eine Induktion der Genexpression von IL-18BP durch Interferon-gamma erfolgt. Mit RNase Protection Assays wurden nach Interferon-gamma Exposition 20 – 30fache relative Steigerungen der IL-18BP mRNA detektiert. In humanen Mesangiumzellen führte außerdem bakterielles Lipopolysaccharid zum Anstieg der IL-18BP Genexpression. Im zweiten Teil der Untersuchungen ließ sich unter Verwendung eines eigens hergestellten polyklonalen Antiserums nachweisen, dass durch Interferon-gamma auch eine starke Vervielfachung der Freisetzung bzw. Sekretion von IL-18BP stattfindet. Weiterhin wurden Kokulturen von IL-12/IL18 aktivierten humanen mononukleären Zellen aus dem peripheren Blut (PBMCs) mit entweder Mesangiumzellen oder DLD-1 Zellen durchgeführt. In diesen Kokulturen bewirkte die mittels ELISA gemessene Freisetzung von endogenem Interferon-gamma durch die PBMCs ebenfalls eine Induktion der Genexpression von IL-18BP in den Mesangiumzellen und DLD-1 Zellen. Darüber hinaus wurde in anderen Experimenten untersucht, ob die Regulation von IL-18BP gleichzeitig von Änderungen im Gehalt an IL-18 begleitet wird. Während in den humanen Mesangiumzellen kein IL-18 exprimiert wurde, konnte in den DLD-1 Zellen konstitutives proIL-18 detektiert werden. Jedoch hatte Interferon-gamma in DLD-1 Zellen keinen Einfluss auf die IL-18 Expression. Die hier zusammengetragenen Resultate belegen zum ersten Mal, dass es sich bei IL-18BP nicht nur um ein konstitutiv exprimiertes Protein, sondern vielmehr um einen spezifisch regulierten Immunmodulator handelt. Die Induktion der Freisetzung von IL-18BP durch Interferon-gamma stellt den entscheidenden Schritt eines bislang unbekannten negativen Rückkopplungsmechanismus zwischen Immunzellen und ortsständigen Nicht-Immunzellen dar: Nach der Freisetzung von IL-18 bei Entzündungen, Infektionen und Tumorerkrankungen führt das von Th1-, NK- und CD8+-Zellen produzierte Interferon-gamma zu einer Sekretion von IL-18BP durch Nicht-Immunzellen. Infolgedessen kommt es konsekutiv zur Limitierung der Aktivität von IL-18 mit Reduzierung seiner proinflammatorischen Wirkungen. Da ein Übermaß an IL-18 bei der Pathogenese von chronisch entzündlichen Erkrankungen wie beispielsweise der Rheumatoiden Arthritis und dem M. Chron eine Rolle zu spielen scheint, ist von besonderem Interesse welche natürlichen Wege für die Blockierung von IL-18 existieren. Die therapeutische Applikation von IL-18BP könnte sich in Zukunft als eine neue Strategie zur erfolgreichen Behandlung dieser Krankheiten erweisen.
  • Interleukin-18 Binding Protein (IL-18BP) is a newly described opponent of Interleukin-18 (IL-18) which neutralizes IL-18 and inhibits its biological functions by binding IL-18 with high affinity. As a pleiotropic cytokine of the immune system, IL-18 has been shown to contribute to the pathogenesis of inflammation, the protective host defense against infection as well as tumor regression. One of the major actions of IL-18 is the ability to induce the production and release of Interferon-gamma from T helper type 1 (Th1) cells, Natural Killer (NK) cells and CD8+ cytotoxic cells. IL-18BP has previously been described to be constitutively expressed and secreted. This study focuses on the regulation of IL-18BP gene expression in non-leukocytic cells. A semiquantitative RT-PCR method was established and minute constitutive levels of IL-18BP mRNA were detected in cultures of human renal mesangial cells, the colon carcinoma cell line DLD-1 and fibroblasts. More important, IL-18BP mRNA expression was strongly upregulated by Interferon-gamma. Using RNase Protection Assays 20 – 30fold relative inductions of IL-18BP mRNA levels following Interferon-gamma stimulation were observed. In cultures of human mesangial cells Lipopolysaccharide also increased IL-18BP expression. Furthermore, experiments with a new polyclonal antiserum against IL-18BP revealed that Interferon-gamma also mediates release of IL-18BP into cell culture supernatants. In addition, expression of IL-18BP was studied in cocultures of human peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) with either human mesangial cells or DLD-1 cells. Activation of PBMCs by the combination of IL-12/IL-18 resulted in the production of endogeneous Interferon-gamma detected by ELISA and was followed by the induction of IL-18BP gene expression in mesangial cells and DLD-1 cells. Finally, in separate experiments it was excluded that the regulation of IL-18BP is accompanied by changes in IL-18 expression. Whereas no expression of IL-18 was found in human mesangial cells, proIL-18 could be detected constitutively in DLD-1 cells. However, in DLD-1 cells Interferon-gamma did not regulate IL-18 expression. This study demonstrates for the first time that IL-18BP is not only constitutively expressed but rather represents a specific regulated modulator of the immune system. Induction of the release of IL-18BP by Interferon-gamma seems to be part of a new negative feedback mechanism linking functions of immune cells and non-leukocytic cells: Release of active IL-18 during inflammation, infection and cancer is followed by production of Interferon-gamma by Th1-, NK- and CD8+-cells. Subsequently, Interferon-gamma induces secretion of IL-18BP from non-leukocytic cells, thereby limiting further IL-18 activity. Since IL-18 seems to be implicated in the pathogenesis of chronic inflammatory diseases like rheumatoid arthritis or Chron´s disease, understanding of the natural mechanisms for neutralizing this cytokine might prove to be crucial. In future, administration of IL-18BP might evolve as a new therapeutic strategy for the treatment of chronic inflammatory diseases.

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Metadaten
Author:Markus Bosmann
URN:urn:nbn:de:hebis:30-71623
Referee:Josef Martin PfeilschifterGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2009/10/16
Year of first Publication:2004
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2005/02/14
Release Date:2009/10/16
HeBIS-PPN:21865622X
Institutes:Medizin / Medizin
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht