Immunregulatorische Wirkung von Hitzeschockprotein 60 auf Adipozyten: Rolle in chronischer, diabetes-assoziierter Entzündung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Autologem Hitzeschockprotein 60 (Hsp60) kommt eine wichtige regulatorische Bedeutung in Entzündungsprozessen wie der Insulitis beim Typ 1 Diabetes zu. Über die Interaktion mit natürlichen Immunzellen beeinflusst Hsp60 die pro-inflammatorischen Aktivitäten dieser Zellpopulationen. Adipozyten und ihre Mediatoren tragen wesentlich zur Entwicklung von chronischen, diabetes-assoziierten Entzündungen bei und besitzen den natürlichen Immunzellen vergleichbare immunregulatorische Funktionen. Die Faktoren, die bei diesen Prozessen zur Freisetzung von Entzündungsmediatoren aus Adipozyten führen, waren bislang weitgehend unbekannt. Ziel der in der ersten Phase der Projektförderung durchgeführten Untersuchungen war daher die detaillierte Charakterisierung der regulatorischen Wirkung von Hsp60 auf Adipozyten auf molekularer und zellulärer Ebene. Diese Analysen erfolgten zunächst an (Prä-)Adipozyten der Zell-Linie 3T3-L1. Erstmals konnte gezeigt werden, dass Hsp60 Rezeptor-vermittelt und konzentrationsabhängig die Freisetzung der wichtigen Entzündungsmediatoren IL-6, KC und MCP-1 in (Prä-)Adipozyten der Linie 3T3-L1 induziert. Bindungsstudien mit fluoreszenzmarkiertem Hsp60 belegen eine direkte und spezifische Hsp60-Bindung an Zelloberflächenstrukturen auf diesen Zellpopulationen, welche die typischen Charakteristika einer Liganden-Rezeptor Interaktion aufweist. Ferner konnten die für die Rezeptorbindung auf 3T3-L1 (Prä-) Adipozyten relevanten Epitope im Hsp60-Molekül in den N-terminalen Aminosäureregionen 1-50 und 91- 110, welche in der äquatorialen Domäne des Proteins lokalisiert sind, identifiziert werden. Darüber hinaus wurden die durch Hsp60 aktivierten Signaltransduktionswege, die zur Freisetzung von Entzündungsmediatoren in 3T3-L1 (Prä-)Adipozyten führen, charakterisiert. Unsere Analysen zeigen, dass die MAP-Kinasen ERK1/2 sowie der Transkriptionsfaktor NFκB durch Hsp60 aktiviert werden, welche in Folge differentiell die Freisetzung von Entzündungsmediatoren regulieren. Frühere Untersuchungen weisen auf zelltypabhängige Unterschiede bei der Interaktion mit Hsp60 hin. Daher war das Ziel der im Berichtszeitraum des Fortsetzungsantrages durchgeführten Untersuchungen die an der Linie 3T3-L1 erfolgten Analysen, analog erstmals auch an primären Adipozyten aus der NOD Maus, dem zur Zeit am besten charakterisierten Tiermodell für Typ 1 Diabetes, im Vergleich zu gesunden C57BL/6J Mäusen durchzuführen. Wir konnten zeigen, dass es hinsichtlich der Interaktion von Hsp60 mit Zelloberflächenstrukturen und der an der Bindung beteiligten Hsp60-Epitope keine zelltypspezifischen oder Mausmodell-abhängigen Unterschiede gibt. Die Hsp60-Bindung an (Prä-)Adipozyten der C57BL/6J und NOD Maus zeigt die typischen Charakteristika einer Liganden-Rezeptor-Interaktion. Die weiterführende Charakterisierung der Hsp60-Rezeptorstrukturen auf diesen Zellpopulationen weist auf eine Beteiligung von TLR2 und TLR4 an der durch Hsp60-stimulierten Freisetzung von Entzündungsmediatoren in den Mäusen hin. Die starke Konservierung der Hsp60-Bindungsepitope in der N-terminalen Region des Proteins deutet daraufhin, dass es sich bei der Hsp60-Reaktivität um eine grundlegende Eigenschaft von (Prä-)Adipozyten handelt. Bei der Charakterisierung der an der Hsp60-stimulierten Sekretion der Entzündungsmediatoren IL-6, KC und MCP-1 involvierten Signalproteine konnten wir eine differentielle Beteiligung in Abhängigkeit von Zelltyp und von Linie bzw. Ursprung der Primärzellen aufzeigen. Die aus unseren Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse stellen einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung der Interaktion von Hsp60 mit (Prä-)Adipozyten dar, die an der Entwicklung von chronischen, diabetes-assoziierten Entzündungen beteiligt sind. Durch die Definition von Peptiden oder Antikörpern oder spezifischen Hemmstoffen, welche die Interaktion von Hsp60 mit Zelloberflächenrezeptoren auf Adipozyten oder intrazelluläre pro-inflammatorische Signalwege modulieren bzw. hemmen, eröffnen sich im Hinblick auf chronische, diabetes-assoziierte Entzündungsreaktionen wie der Insulitis beim Typ 1 Diabetes neue Ansätze für eine gezielte anti-inflammatorische Intervention auf molekularer Ebene.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2008. Heat shock protein 60 induces inflammatory mediators in mouse adipocytes. FEBS Lett. 582:2731
E. Gülden, S. Mollérus, J. Brüggemann, V. Burkart and C. Habich
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2009. Hitzeschockprotein 60: Ein Stressprotein als potenter Induktor Diabetes-assoziierter Entzündungsprozesse. Habilitationsschrift, Medizinische Fakultät der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
C. Habich
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2009. Stress protein Hsp60: A potent inducer of adipocyte mediators. FEBS Lett. 583:2877
E. Gülden, T. Märker, J. Kriebel, V. Kolb-Bachofen, V. Burkart and C. Habich
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2010. Heat shock protein 60 and adipocytes: characterization of a ligand-receptor interaction. Biochem. Biophys. Res. Commun. 391:1634
T. Märker, J. Kriebel, U. Wohlrab and C. Habich
