Untersuchungen zur Kontrolle der Interleukin-18 Funktion in humanen Monozyten und Kolonkarzinomzellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Nagermodelle weisen auf eine zentrale Rolle von IL-18 bei Initiierung und Chronifizierung entzündlicher Prozesse hin. Entsprechend sind akute und chronische Entzündungssyndrome beim Menschen mit vermehrter Bildung von IL-18 assoziiert. Hieraus ergibt sich, dass IL-18 als aussichtsreiche Zielstruktur pharmakologischer Intervention einzustufen ist. Folglich ist eine detaillierte Beschreibung der Biologie von IL-18 und seines Gegenspielers IL-18BP insbesondere in bezug auf das humane System unabdingbar. Im vorliegenden Forschungsprojekt ist es gelungen, die Eigenschaften von IL-18 weiter zu charakterisieren. In Übereinstimmung mit dem Konzept von IL-18 als konstitutiv exprimiertem Gen berichten wir erstmals über die Bildung dieses Zytokins in den interkalierenden Zellen des Sammelrohrs der gesunden menschlichen Niere. Weiterführende Studien müssen nun zeigen, welche Bedeutung dieser Zelltyp bei akut- und chronischentzündlichen Erkrankungen der Niere haben könnte. Wir konnten darüber hinaus belegen, dass Flagellin, ein Aktivator der angeborenen Immunität, die P2X7-vermittelte Freisetzung von reifem IL-18 potenziert. Diese Ergebnisse sind insbesondere im Zusammenhang mit der Nutzung von Flagellin als potentiellem Adjuvanz bei Immuni s i erungs Strategien von Interesse. Untersuchungen zur Kontrolle der IL-18 Bioaktivität sind im Rahmen dieses Forschungsprojektes von zentraler Bedeutung. So konnten wir eine potente Reduktion der IL-18 Sekretion durch Hemmstoffe der p38 MAP Kinase nachweisen. Dies passt zum antientzündlichen Potential solcher Verbindungen. Klinische Studien zur Behandlung chronisch-entzündlicher Erkrankungen durch Blockade der p38 MAP Kinase werden zur Zeit durchgeführt (GlaxoSmithKline). Bei den Untersuchungen zur Modulation der IL-18 Bioaktivität konzentrieren wir uns vor allem auf zwei zentrale Mechanismen. Zum einen auf die Prozessierung von proIL-18 durch die Caspase-1 und zum anderen auf die Neutralisierung von IL-18 durch Induktion des IL-18BP. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Zwissler (LMU München) ist es uns gelungen nachzuweisen, dass die inhalative Verabreichung eines Caspase-1 Inhibitors nicht nur lokal, sondern auch systemisch antientzündliche Wirkungen entfaltet. Diese gehen mit einer Reduktion der IL-18 Plasmakonzentrationen einher. Von inhalativer Applikation immunmodulatorischer Verbindungen, könnten besonders Sepsispatienten mit akutem Lungenversagen profitieren. Detailliert befassen wir uns mit molekularen Mechanismen der IL-18BP Induktion unter dem Einfluss von IFNy. Dabei konnten wir nachweisen, dass die Induktion von IL-18BP in DLD-1 Zellen durch direkte Bindung von STAT1 Homodimeren an ein proximal lokalisiertes GAS Element gesteuert wird. Gerade im Hinblick auf die Modulation der Thl? Antwort durch IFNy erlangen antientzündliche Eigenschaften dieses Zytokins besondere Relevanz. Unter Immunsuppression und Infektanfälligkeit ist eine therapeutische Steigerung der IL-18 Bioaktivität gewünscht. In Experimenten zur Modulation der IL-18 Funktion fanden wir, dass Zinksupplementation in pharmakologischen Konzentrationen die Fähigkeit von IL-18 potenziert, IFNy in PBMC zu induzieren. Diese Beobachtung steht mit gestörter IFNy Bildung und Infektanfälligkeit bei Zinkmangel in Einklang. Schließlich können wir durch Studien zur intrazellulären Funktion von proIL-18 in Karzinomzellen über ein antiapoptotisches Potential dieses Zytokins berichten. Diese bislang nicht beschriebene Eigenschaft weist auf einen Selektionsvorteil fur IL-18-positive KarzinomzeUen hin. Da diese Zellen zumeist nicht in der Lage sind, reifes IL-18 zu generieren, erscheint diese Beobachtung im Kontext von Karzinogenese als besonders interessant.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- The TLR5 agonist flagellin enhances release of interleukin-18 and augments Thl functions in human peripheral blood mononuclear cells. Cell Microbiol 8:289-300, 2006
Bachmann M, Hörn K, Poleganov MA, Paulukat J, Nold M, Pfeilschifter J, Mühl H
- Expanding extracellular zinc beyond levels reflecting the albumin-bound plasma zinc pool potentiates the capability of IL-lß, IL-18, and IL-12 to act as IFN-y-inducing factors on freshly isolated human PBMC. J Inter/Cytokine Res 27:997-1001, 2007
Poleganov MA, Pfeilschifter J, Mühl H
- IL-I8 is constitutively expressed in intercalated cells of the distal convoluted tuble, connecting tuble, and collecting duct of the human kidney. Kidney Int 72:1081-1087,2007
Gauer S, Sichler O., Obermüller N, Holzmann Y, Kiss E, Sobkowiak E, Pfeilschifter J, Geiger H, Mühl H, Hauser IA
- Interleukin-18 directly activates T-bet expression and function via p38-MAP kinase in AML-derived pre-dendritic cells KG-1 cells. Mol Cancer Ther 6:723-731, 2007
Bachmann M, Dragoi C, Poleganov MA, Pfeilschifter J, Miihl H.
- Targeting caspase-1 by inhalation-therapy: effects of Ac-YVAD-CHO on IL-1 ß, IL-18 and downstream proinflammatory parameters as detected in rat endotoxaemia. Intensive Care Med 33:863-871, 2007
Boost KA, Hoegl S, Hofstetter C, Flondor M, Stegewerth K, Platacis I, Pfeilschifter J, Mühl H. Zwissler B.
- Genome-wide Analysis Displays Marked Gene Induction of Human EBI3/IL-27B in IL-18-activated AML-derived KG-1 Cells: Critical role of two KB binding sites in the human EBI3 promoter. Mol Immunol 45:2869-2880,2008
Poleganov MA, Bachmann M, Pfeilschifter J,, Mühl H
- Molecular mechanisms of IL-18BP regulation in DLD-1 cells: pivotal direct action of the STAT1/GAS axis on the promoter level. J Cell Mol Med. 2009 Aug;13(8B):1987-94.
Bachmann M, Paulukat J, Pfeilschifter J, Mühl H.
