Die Rolle von IL-6, IL-6 Rezeptor und gp130 in entzündlichen Nierenkrankheiten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
IL-6 kann in IL-6-Rezeptor (IL-6R)-negativen Zellen Signalling induzieren, indem löslicher IL-6R extrazellulär IL-6 komplexiert und dieser Komplex dann an membranständiges gp130 bindet und nachgeschaltete Signalkaskaden auslöst. Im Gegensatz zur IL-6-Bindung an zellständigen IL-6R (= klassisches Signalling) wird dies als Trans-Signalling bezeichnet. Unsere Hypothese, dass IL-6 durch reduziertes klassisches Signalling und parallel verstärktes Trans-Signalling entzündliche Nierenerkrankungen perpetuiert und akzeleriert, wurde in mehreren experimentellen Ansätzen untersucht. A) Deskriptive Analysen: Die Analysen glomerulärer IL-6-Komponenten in der Maus ließen uns auf einen primär Trans-Signalling-gesteuerten Mechanismus in Podozyten schließen. Systemisches IL-6 fand sich in gesunden Tieren unterhalb der Nachweisgenze, während die Injektion von LPS oder anti-GBM-Serum sehr hohe Konzentrationen induzierte. Im Serum und Urin von Patienten mit rasch progredienter Glomerulonephritis (RPGN) sowie gesunder Kontrollen wurden IL-6, sIL-6R und sgp130 gemessen: Während sIL-6R unverändert blieb, zeigte sich IL-6 (Serum/Urin) und sgp130 (Urin) deutlich erhöht. Die IL-6- Serum-Werte korrelierten dabei mit erhöhter klinischer Krankheitsaktivität. Auch in der NTN, einem Modell der humanen RPGN, gab es einen deutlichen Anstieg der IL-6-Konzentration in der frühen Phase der Erkrankung. Zudem stieg die sIL-6R-Konzentration im Serum bei gleichzeitig abnehmendem sgp130. Schließlich konnten wir auch eine Aktivierung der intrarenalen IL-6-Signaltransduktion in der späten Phase der NTN belegen. Zusammengenommen sprechen unsere Daten für eine Zunahme des Trans-Signallings in der Spätphase der Erkrankung. B) In vitro-Antwort primärer Podozyten auf IL-6: Primäre Wildtyp-Podozyten sowie primäre Podozyten mit gp130-Defizienz wurden aus entsprechenden Mäusen (s. unten) isoliert und kultiviert. Nach Stimulation mit IL-6 zur Induktion eines klassischen IL-6-Signallings in vitro bzw. in der Kombination IL-6 & sIL-6R (= Trans- Signalling-Induktion) konnten wir die mit Abstand stärkste Aktivierung nach IL-6-Trans-Signalling-Induktion in den WT-Zellen feststellen. Weitere Analysen zeigten, dass IL-6-Trans-Signalling in erster Linie für die Migration der Podozyten wichtig ist. Erste Daten deuten dabei auf zytoskeletale Veränderungen. In cDNA Gene Array–Analysen werden gegenwärtig durch Trans-Signalling regulierte Faktoren in Podozyten identifiziert, die Auskunft über die hier beteiligten Proteine und mögliche Mechanismen geben können. C) Podozyten-spezifische gp130-Defizienz in vivo: Wir identifizierten Podozyten als die glomerulären Zellen mit der stärksten gp130-Expression und generierten Mäuse mit spezifisch podozytärem gp130-knockout (gp130∆pod). Die in vivo-Relevanz des Trans-Signallings in diesen für die meisten glomerulären Erkrankungen relevanten Zellen wurde anschließend in 40-Wochen alten Tieren, in zwei LPS-Modellen (1x LPS/24h & 2x LPS/48h) sowie in der NTN untersucht. gp130∆pod-Tiere zeigten keine spontane renale Pathologie oder veränderte Nierenfunktion in den 40-Wochen alten Tieren. In allen drei Erkrankungsmodellen wurden für alle untersuchten Parameter, z. B. beim induzierten Podozytenschaden oder bei allen histologischen- oder Nierenfunktions-Parametern keine Unterschiede zwischen gp130∆pod-Tieren und den WT-littermates festgestellt. Podozytäres gp130 ist somit in der akuten Glomerulonephritis von geringerer Bedeutung. D) Therapeutische Intervention durch Antagonismus von Gesamt-IL-6-Signalling versus Antagonismus des IL-6-Trans-Signallings: Alle Daten zur Expression der Komponenten des IL-6-Systems (s. oben) in der humanen RPGN sowie dem NTN-Modell in der Maus sprechen für eine Zunahme des Trans-Signallings in der späten Phase der Erkrankung. Der Einsatz eines anti-IL-6-Antikörpers, der sowohl klassisches- wie auch Trans-Signalling inhibiert, zeigte keinen signifikanten Einfluss auf den Verlauf der NTN in der Maus. Dagegen erzielte die Intervention mit einem spezifischen Inhibitor des IL-6-Trans-Signalling, sgp130Fc, in der NTN eine deutliche Reduktion bei den glomerulären Crescents, fibrinoider Nekrose sowie beim Blutdruck-Anstieg. Umgekehrt konnten wir durch spezifische Induktion des IL-6 Trans-Signallings mit Hyper- IL-6, einem Fusionsprotein aus IL-6 und sIL-6R, glomeruläre fibrinoide Nekrose sowie Fibrinogen in der NTN signifikant verstärken. Zudem resultierte diese Behandlung in verschlechterter Nierenfunktion und einem erhöhten Blutdruck. Weitere Daten deuten auf eine Verschiebung durch IL-6-Trans-Signalling hin zu potentiell schädlichen infiltrierenden Th17-Zellen sowie pro-entzündlichen M1-Typ-Makrophagen. Hyper-Il-6 in normalen Mäsuen hatte keine Effekte. Unsere Ergebnisse deuten somit auf eine neue spezifische Möglichkeit zur Behandlung der RPGN durch selektive Blockade des IL-6 Trans-Signallings.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2015). Interleukin-6 trans-signaling drives murine crescentic glomerulonephritis. J Am Soc Nephrol. 26: epub ahead of print
Braun GS, Nagayama Y, Maruta Y, Heymann F, Van Roeyen CR, Klinkhammer BM, Boor P, Villa L, Raffetseder U, Rose-John S, Ostendorf T, Floege J
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(2012). Specific deletion of the IL-6 cytokine family receptor gp130 in podocytes. J Am Soc Nephrol. 23: 648, Abstract, Congress of the American Society of Nephrology, San Diego, USA
Nagayama Y, Braun GS, Boor P, Villa L, Ostendorf T, Floege J
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(2013): Differential role of IL-6 classical and trans-signaling in crescentic nephritis. J Am Soc Nephrol. 24: TH-OR065, Free Communication, Congress of the American Society of Nephrology, Atlanta, USA
Nagayama Y, Braun GS, Van Roeyen CR, Villa L, Klinkhammer BM, Rose-John S, Ostendorf T, Floege J
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(2014). A receptor fusion protein (mIL-6-RFP-Fc) for the inhibition of IL-6 in preclinical disease models. J Am Soc Nephrol. 25: FR-PO294, Congress of the American Society of Nephrology, Philadelphia, USA
Braun GS, Görtz D, Maruta Y, Ostendorf T, Floege J, Müller-Newen G
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(2014). An improved receptor fusion protein (mIL-6-RFP-Fc) for the inhibition of IL-6 in preclinical models of human disease. MidTerm Conference of ICIS (International Cytokine & Interferone Society), Kiel, Germany [Poster Award]
Görtz D, Braun GS, Maruta Y, Ostendorf T, Floege J, Müller-Newen G
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(2014). Gp130- dependent signaling in the podocyte. Am J Physiol Renal Physiol. 307: F246-F355
Nagayama Y, Braun GS, Jakobs, CM, Maruta Y, van Roeyen CR, Klinkhammer BM, Boor P, Villa L, Raffetseder U, Trautwein C, Görtz D, Müller-Newen G, Ostendorf T, Floege J
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(2015). Anti-interleukin-6 therapy through application of a monogenic protein inhibitor via gene delivery. Scientific Reports volume 5, Article number: 14685 (2015)
Görtz D, Braun GS, Maruta Y, Djudjaj S, van Roeyen CR, Martin IV, Küster A, Schmitz-Van de Leur H, Scheller J, Ostendorf T, Floege J, Müller-Newen G
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Macrophage migration inhibitory factor mediates proliferative GN via CD74. J Am Soc Nephrol. JASN June 2016, 27 (6) 1650-1664
Djudjaj S, Lue H, Rong S, Papasotiriou M, Klinkhammer BM, Zok S, Klaener O, Braun GS, Lindenmeyer MT, Cohen CD, Bucala R, Tittel AP, Kurts C, Moeller MJ, Floege J, Ostendorf T, Bernhagen J, Boor P
