Bedeutung des RNA-bindenden Proteins KSRP für die pro-inflammatorische Genexpression
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Pathogenese chronisch-inflammatorischer Erkrankungen, wie der rheumatoiden Arthritis (RA), des systemischen Lupus erythematodes (SLE), Asthma, Diabetes oder der Arteriosklerose, ist von der Überexpression pro-inflammatorischer Gene gekennzeichnet, deren Expression zum Großteil durch posttranskriptionelle Mechanismen reguliert wird. Hierbei spielen Sequenzelemente, die in der 3’-untranslatierten Region (3’-UTR) der mRNA dieser Gene liegen, eine wichtige Rolle. Mit diesen Sequenzelementen interagieren RNA-bindende Proteine (RNA-BP) und modulieren dadurch die Stabilität, Lokalisation und Translatierbarkeit dieser mRNAs. Das „KH-type splicing regulatory protein (KSRP) greift als RNA-BP auf verschiedenen Wegen (mRNA-Stabilität – und –Translation, miRNA-Genese) in die post-transkriptionelle Regulation der pro-inflammatorischen Genexpression ein. Allerdings ist über die Bedeutung von KSRP für die Pathogenese dieser Erkrankungen in-vivo noch relativ wenig bekannt. Das Ziel unseres Projektes war die Rolle von KSRP für die Pathogenese chronisch-inflammatorischer Erkrankungen in-vivo zu erforschen, um abzuschätzen, ob es sich als Zielmolekül zur Entwicklung neuer Therapien bei chronisch-entzündlichen Erkrankungen eignet. Auch über die Regulation der KSRP-Expression selbst war wenig bekannt. Daher sollten die transkriptionellen und post-transkriptionellen Mechanismen der KSRP-Expression analysiert werden. Unsere Ergebnisse zur Bedeutung von KSRP bei chronisch-inflammatorischen Erkrankungen im Ganztier zeigen, dass KSRP in-vivo eine weitaus komplexere Rolle in der Regulation der Immunantwort spielt als zum Zeitpunkt der Antragstellung angenommen werden konnte. Aufgrund der bis dahin publizierten Daten zur Funktion von KSRP in der post-transkriptionellen Regulation von pro-inflammatorischen Genen, wurde in Mäusen mit inaktiviertem KSRP-Gen (KSRP-ko) mit einem Anstieg der Entzündungsaktivität gerechnet. Die Daten aus dem RA-Modell („collagen antibody induced arthritis“ – CAIA) und der Lymphknotenschwellung im SLE-Modell (MRL-Fas^lpr-Mäusen) zeigen den gegenteiligen Effekt. Nur im Fall der Lupus-induzierten Glomerulonephritis führt die Deletion von KSRP zu einer Verschlechterung des Krankheitsbildes, was der allgemeinen Erwartungshaltung entspricht. Überraschenderweise konnte in keinem der verwendeten Tiermodelle chronisch-entzündlicher Erkrankungen eine Regulation von in der Literatur beschriebenen immunrelevanten KSRP-Zielgenen, wie z.B. TNF-α oder IL-6, detektiert werden. Diese Ergebnisse haben ganz neue wissenschaftliche Fragestellungen aufgeworfen, die eine Überarbeitung und Neuausrichtung des Arbeitskonzeptes notwendig machten. Aus unseren Ergebnissen wird klar, dass sich die vornehmlich aus Zellkulturstudien postulierte Funktion von KSRP im Fall von immunologischen Mechanismen nicht eins zu eins auf die in-vivo Situation übertragen lässt. Laut Literaturdaten beeinflusst KSRP Differenzierungsprozesse von myeloiden Zellen. Dies kann die von uns in KSRP-ko Mäusen detektierte Abnahme von neutrophilen Granulocyten erklären und einer der Gründe für die schwächere Ausprägung der CAIA sein, deren Pathogenese hauptsächlich durch Granulocyten getragen wird. Neben der Immunzellentwicklung scheint KSRP auch die Ausprägung einer T Zell Immunantwort zu beeinflussen. Möglich erscheint eine Prädisposition der Immunantwort in eine Th2 als auch eine Th1 Zellvermittelte Reaktion. Dies scheint abhängig vom Kontext und Zusammenspiel des jeweiligen Krankheitsbildes und der daran beteiligten immunologischen Mechanismen zu sein. Einerseits sehen wir, dass die Deletion von KSRP die Proliferation von CD4^+ T Zellen und die Expression von Th2 Cytokinen, wie IL-5, IL-10, IL-13 und IL-9 (bisher nicht als KSRP-regulierte Gene beschrieben) induziert. In Übereinstimmung damit scheint eine Th2 Zell-vermittelte Erkrankung wie Asthma in KSRP-ko Mäusen stärker aufzutreten. Andererseits sprechen unsere Ergebnisse im Rahmen der Lupus-Nephritis im SLE-Modell der MRL-FAS lpr-Mäuse dafür, dass hier die Deletion von KSRP zu einer vermehrten Anwesenheit von Th1 Zellen beiträgt. Dies könnte eine Erklärung für die starke Zerstörung des Nierengewebes sein. Hinweise auf die Beeinflussung von Makrophagen, dendritischen Zellen oder B Zellen durch KSRP liegen uns im Moment noch nicht vor. Mit Interferon-lambda3 konnten wir ein neues KSRP-Zielgen identifizieren, dessen Expression auch in-vivo durch KSRP reguliert wird. Also je nach Krankheit und daran beteiligten immunologischen Mechanismen kann KSRP unterschiedliche Funktionen im Rahmen einer Immunantwort haben. Nach unseren Erkenntnissen lässt sich also die Frage, ob sich KSRP als Zielstruktur für die Therapie von chronisch-entzündlichen Erkrankungen eignet nicht pauschal beantworten, sondern muss wahrscheinlich im Kontext der jeweiligen Immunantwort betrachtet werden. Zur abschließenden Beurteilung müssen weiterführende Studien zur Bedeutung von KSRP für die Immunzellfunktion erfolgen. Zum Verständnis der Funktion von KSRP sind auch Informationen über die Regulation der Expression des Proteins notwendig. Entgegen der bioinformatischen Vorhersagen, hat sich nur ein kurzer Bereich von ca. 250 bp als für die Kontrolle der Transkription essentiell erwiesen. Von großer Bedeutung scheint dagegen die Regulation der Translation der mRNA zu sein, die über die Sequenz des 5’-untranslatierten Bereichs (5’-UTR) der KSRP mRNA vermittelt wird. Der 3’-UTR der KSRP-mRNA hat eine negativ regulatorische Funktion. Eine Interaktion von KSRP mit seiner eignen 3’-UTR konnte zwar nachgewiesen werden, allerdings findet dies an Sequenzabschnitten statt, die anscheinend für die Kontrolle der Expression nicht von entscheidender Bedeutung sind. Mittels Massenspektroskopie konnte die Bindung von den RNA-BP AUF1, HuR und PABP an die KSRP 3’-UTR bestätigt und weitere RNA-BP, als neue Interaktionspartner identifiziert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2014) Endothelial dysfunction in tristetraprolin-deficient mice is not caused by enhanced tumor necrosis factor-alpha expression. J Biol Chem, 289, 15653-15665
Bollmann, F., Wu, Z., Oelze, M., Siuda, D., Xia, N., Henke, J., Daiber, A., Li, H., Stumpo, D.J., Blackshear, P.J. et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1074/jbc.M114.566984) - (2014) Resveratrol post-transcriptionally regulates pro-inflammatory gene expression via regulation of KSRP RNA binding activity. Nucleic Acids Res, 42, 12555-12569
Bollmann, F., Art, J., Henke, J., Schrick, K., Besche, V., Bros, M., Li, H., Siuda, D., Handler, N., Bauer, F. et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/nar/gku1033) - (2014) The fungal lactone oxacyclododecindione is a potential new therapeutic substance in the treatment of lupus-associated kidney disease. Kidney Int, 86, 780-789
Henke, J., Erkel, G., Brochhausen, C., Kleinert, H., Schwarting, A., Menke, J. and Pautz, A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ki.2014.109) - (2015) Anti-Inflammatory and Anti-Thrombotic Effects of the Fungal Metabolite Galiellalactone in Apolipoprotein E-Deficient Mice. PLoS One, 10, e0130401
Bollmann, F., Jackel, S., Schmidtke, L., Schrick, K., Reinhardt, C., Jurk, K., Wu, Z., Xia, N., Li, H., Erkel, G. et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0130401) - (2015) Tristetraprolin regulation of interleukin-22 production. Sci Rep, 5, 15112
Hardle, L., Bachmann, M., Bollmann, F., Pautz, A., Schmid, T., Eberhardt, W., Kleinert, H., Pfeilschifter, J. and Muhl, H.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/srep15112) - (2017) Inactivation of the KSRP gene modifies collagen antibody induced arthritis. Mol Immunol, 87, 207-216
Kafer, R., Schrick, K., Schmidtke, L., Montermann, E., Hobernik, D., Bros, M., Chen, C.Y., Kleinert, H. and Pautz, A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.molimm.2017.05.003)
