IL-10-Fehlregulationen gehen mit veränderter Infektanfälligkeit und Autoimmunerkrankungen einher - Zell- und signalspezifische Regulation der IL-10 Expression
Final Report Abstract
IL-10 ist ein immun-regulatorisches Zytokin, welches eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle und Beendigung inflammatorischer Prozesse spielt. IL10 ist zusammen mit den Familienmitgliedern IL19 und IL24 Im sogenannten IL10 Cluster organisiert, wobei lL-19 und lL-24 vorwiegend proinflammatorische Wirkung zu haben scheinen. Eine angemessene gewebsspezifische Genexpression all dieser ist entscheidend für ein Gleichgewicht zwischen pro- und anti-inflammatorischen Signalen. Dysregulation trägt zur Pathogenese von Autoimmunerkrankungen, Infektionen, Allergien und Krebsleiden bei. Es ist wenig über die molekularen Mechanismen bekannt, welche einer gewebsspezifischen IL-10 Expression zugrunde liegen. Um die zellspezifische Regulation von IL-10 zu untersuchen, wurde zunächst die Expression von IL-10 in natürlichen Killerzellen (NK) untersucht. Verschiedene Stimuli konnten beschrieben werden und ein Stat4 Element im 4. Intron von IL-10 konnte definiert werden. Das Stat4 Element zeigt eine Sequenzhomologie von 100% zwischen Mensch und Maus und wir konnten eine lL-2 vermittelte Rekrutierung von Stat4 an die beschriebene Sequenz mit Veränderung des Histonazetylierungsstatus zeigen. Zur weiteren Beschreibung der gewebs-speziflschen Regulierung von IL-10, entwickelten wir ein hlL10BAC Transgen, in einem C57/BL6 Hintergrund. Wir konnten eine Konservierung der IL-10 Expression bei nahezu allen Zellreihen, inklusive der myeloischen Reihe beschreiben. CD4+ T Zellen hingegen exprimieren IL-10 in geringen Mengen. lL10-/-7hlL10BAC Mäuse eliminierten Leishmaniose-Erreger, wohingegen Wildtypmäuse das Vollbild der Erkrankung entwickeln. Somit konnten wir die Beteiligung von T-zellulärem IL-10 in Pathogenese und Verlauf der Erkrankung aufzeigen. Da DNA Methylierung eine entscheidende Rolle bei der Expression von Genen spielt, untersuchten wir die Rolle dieser bei der Regulation von humanem und murinem IL-10. In beiden Spezies fanden sich keine eindeutigen Muster in naiven und aktivierten CD4+ T Zellen. In ThO Zellen, welche in Kokultur mit IL-27 gehalten wurden, sahen wir eine Regionsspezifische Reduktion der DNA Methylierung in einer intronischen Region, in welcher zuvor - von uns und von anderen - epigenetische Modifikationen und Transkriptionsfaktor-DNA-lnteraktionen berichtet wurden. Im Gegensatz dazu fand sich keine Veränderung im Methylierungsstatus von humanem IL10, welches dementsprechend auch nur schwach induziert wurde. Dies spricht dafür, dass variable Veränderungen im DNA Methylierungsstatus von murinem und humanem IL10 eine Rolle bei der Genregulation spielen und IL-27 Rezeptor-Signaling zu regionsspezifischen Veränderungen des Methylierungsstatus von Maus II10 in einer für die Genregulation bedeutsamen intronischen Region führt. Kodierende, sowie nicht-kodierende RNAs (ncRNA) spielen eine wichtige Rolle bei der Regulation des gesamten Genoms. In den meisten Fällen haben ncRNAs negative Effekte auf die Genexpression durch sogenannte microRNAs, welche RNA degradieren oder zu einer Inhibition der Translation beitragen können. Wir konnten nahezu über das gesamte IL10 Cluster Transkripte nachweisen, welche mit der IL-10 Expression einhergingen. Es konnten Regionen beschrieben werden, welche Eigenschaften alternativer Promotoren aufweisen und von denen aktivierungsabhängig Transkripte starten. Untersuchungen zur genauen Festlegung des Transkriptionsstartpunktes und Clonierung der Regionen laufen aktuell. Für IL-24 konnten wir verschiedene Stimuli definieren. In NK Zellen scheint die Expression - wie bei IL-10 - vorwiegend durch lL-2 und IL-12 reguliert zu sein. lL-2 und lL-4 zeigten zudem einen synergistischen, Stat4 abhängigen Effekt. In Makrophagen sahen wir einen strengen State abhängigen Effekt von lL-4 und IL-13 bei Ko-Stimulation mit Lipipolysacchariden (LPS). lL-19 wir im Gegensatz dazu nur von Makrophagen, nicht jedoch von NK Zellen exprimiert. Die Expression ist hier ebenso Stat6 abhängig und wird in Abhängigkeit von LPS plus lL-4 und/oder IL-13 reguliert. Für die nähere Zukunft planen wir die Untersuchung epigenetischer Regulationsmechanismen in weiteren Geweben (z.B. myeloische Reihe), die Ausweitung der Untersuchungen auf das gesamte IL10 Cluster (insbesondere auf IL19 und IL24), sowie die Definierung alternativer Promotoren im IL10 Cluster. Unsere hlL10BAC Maus soll zur Untersuchung epigenetischer Prozesse bei verschiedenen Erkrankungen in Modellen chronisch entzündlicher Darmerkrankungen, entzündlicher Prozesse des ZNS (EAE), sowie in verschiedenen Infektionsmodellen eingesetzt werden.
Publications
- Epigenetic regulation of IL-10 expression: Activation dependent changes in DNA methylation patterns of CD4+ T cell subsets. Autoimmunity, Autoantigens, Autoantibodies, Vol. 6: From Pathogenesis Therapy of Autoimmune Diseases
C.M. Hedrich, J.H. Bream
- Gene regulation in the IL-10 family of cytokines. Research Seminar, Center of Experimental Rheumatology, University Hospital of Zurich, Zurich, Switzerland
C.M. Hedrich, J.H. Bream
- The role of DNA methylation in T cell specific IL10 regulation. Postdoctoral Seminar Series, Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, Baltimore, MD, USA
C.M. Hedrich, J. Bream
- Stat4-dependent, T-bet-independent regulation of IL-10 in NK cells. Genes and Immun. 2008 Jun;9(4):316-27
L.R. Grant, Z.J. Yao, C.M. Hedrich, F. Wang, A. Moorthy, K. Wilson, D. Ranatunga, J.H. Bream
- Epigenetic regulation of IL-10 expression: Activation dependent changes in DNA methylation patterns of CD4+ T cell subsets. Dresden Symposium on Auto-antibodies 2009, Dresden, Germany
C.M. Hedrich, J.H. Bream
- Epigenetic regulation of IL-10 expression: Activation dependent changes in DNA methylation patterns of CD4+ T cells. BIDMC Seminar Series, Harvard University, Boston, MA, USA, October 2009
C.M. Hedrich, J.H. Bream
- Epigenetic regulation of IL-10 expression: Activation dependent changes in DNA methylation patterns of CD4+ T cells. Jahrestagung der DGRh 2009, 23.-26. September in Köln, Session Experimentelle Rheumatologie
C.M. Hedrich, J.H. Bream
