Dokument: Strukturelle und funktionelle Charakterisierung des heterodimeren Zytokins Interleukin 23 (IL-23) und dessen Rezeptorkomplexes

Titel:	Strukturelle und funktionelle Charakterisierung des heterodimeren Zytokins Interleukin 23 (IL-23) und dessen Rezeptorkomplexes
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=38421
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20160524-092540-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Schröder, Jutta [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 1,51 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 23.05.2016 / geändert 23.05.2016
Beitragende:	Prof. Dr. rer. nat. Scheller, Jürgen [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Martin, William [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Das proinflammatorische Zytokin Interleukin 23 (IL-23) ist an der Differenzierung und Expansion von IL-17 produzierenden CD4+ T-Helfer (TH17) -Zellen beteiligt und daher mit der Pathogenese inflammatorischer Autoimmunerkrankungen wie multipler Sklerose (MS) oder rheumatoider Arthritis (RA) verknüpft. Das heterodimere Zytokin setzt sich aus der Zytokinuntereinheit p19 und der löslichen α-Rezeptoruntereinheit p40 zusammen und signalisiert über die Rezeptorketten IL-12 Rezeptor β1 (IL-12Rβ1) und IL-23 Rezeptor (IL-23R). Hierbei werden die Jak-STAT, MAPK und PI3K Signalwege aktiviert. Der IL-23 Rezeptorkomplex umfasst vier Interaktionspartner, wobei vermutet wird, dass diese dem architektonischen site I-II-III Paradigma zur Signaltransduktion folgen. Site I von p19 wird für die Bindung zu p40 benötigt, wohingegen site II und site III von p19 die Bindung zu IL-12Rβ1 und IL-23R vermitteln sollen. Der erste Teil dieser Doktorarbeit befasst sich mit der Identifizierung kritischer Aminosäuren und Proteindomänen der Interaktionspartner zur Vermittlung der IL-23•IL-23R•IL-12Rβ1 Komplexbildung. Die klassischen Interaktionsflächen der site I und site III wurden charakterisiert und Aminosäuren identifiziert, die für diese Interaktionen verantwortlich sind (site I: p19_I176/A178/R179, p40_Y265/Y318; site III: p19_W157). Die klassische Definition einer site II vermittelten Interaktion zwischen p19 und IL-12Rβ1 wurde hingegen ausgeschlossen. Stattdessen wird die Interaktion von IL-23 und IL-12Rβ1 durch die p40 Domänen D1 und D2 und die Zytokinrezeptor-Homologie-Region (ZHR) von IL-12Rβ1 vermittelt (nicht-kanonische site II: IL-12Rβ1_Y143R/V116_L117_S118). Neben seiner Rolle als IL-23 Untereinheit wird p40 ebenfalls von IL-12 (p35/p40) genutzt. Die Bildung beider Zytokine schließt eine site I vermittelte Disulfidbrücke ein. Der zweite Teil untersucht die Rolle dieser Interaktion für IL-12 und zeigt deren Entbehrlichkeit für die biologische Aktivität. Außerdem wurde gezeigt, dass die Mutation von p40_C197 die Bildung des antagonistischen p40 Homodimers verhindert. Der dritte Teil dieser Arbeit betrachtet die Rolle vorausgesagter Tyrosinreste für die Aktivierung der IL-23 aktivierten Signalwege. Neben kanonischen Y-Motiven wurde eine nicht-kanonische Sequenz (L554-Q570) innerhalb des murinen IL-23R identifiziert, die eine Rolle bei der Aktivierung von STAT3 übernimmt. Die Aktivierung der Signalwege erfordert die initiale Aktivierung von Rezeptor-assoziierten Januskinasen (Jaks). IL-23R bindet Jak2, wohingegen IL-12Rβ1 mit der Tyrosinkinase Tyk2 interagiert. Die Assoziierung von Jaks erfolgt über die sogenannten Box 1 und Box 2 Motive innerhalb der intrazellulären Rezeptorketten. Der vierte Teil dieser Arbeit zeigt, dass die Interaktion von Tyk2 mit IL-12Rβ1 vorwiegend über Box 1 und in geringem Umfang über Box 2 vermittelt wird. Für Jak2 wurde hingegen eine untypische Bindungsstelle im murinen IL-23R identifiziert (E455-E479). Diese Doktorarbeit analysiert die kritischen extrazellulären Komponenten für die Bildung des IL-23 Rezeptorkomplexes, sowie die relevanten intrazellulären Bereiche für die effiziente Signalweiterleitung. Interleukin 23 (IL-23) is involved in the differentiation and expansion of IL-17-producing CD4+ T helper (TH17) cells and linked to the pathogenesis of inflammatory autoimmune diseases like multiple sclerosis (MS) or rheumatoid arthritis (RA). The heterodimeric cytokine, composed of the cytokine subunit p19 and the soluble α receptor subunit p40 signals through the receptor chains IL-12 receptor β1 (IL-12Rβ1) and IL-23 receptor (IL-23R) by activating the Jak-STAT, MAPK and PI3K signaling pathways. The IL-23 receptor complex comprises four interaction partners. It is considered that they are following the site I-II-III architectural paradigm for signal transduction. Site I of p19 is required for binding to p40, whereas site II and site III of p19 were suggested to mediate binding to IL-12Rβ1 and IL-23R. The first part of the thesis deals with the identification of critical amino acids and protein domains of the interaction partners to mediate IL-23•IL-23R•IL-12Rβ1 complex formation. The classical site I and III interfaces were defined and amino acids responsible for these interactions have been identified (site I: p19_I176/A178/R179, p40_Y265/Y318; site III: p19_W157). However, the classical definition of a site II mediated interaction between p19 and IL-12Rβ1 was excluded. Instead interaction of IL-23 and IL-12Rβ1 is mediated by the p40 domains D1 and D2 and the cytokine homology region (CHR) of IL-12Rβ1 (non-canonical site II: IL-12Rβ1_Y143R/V116_L117_S118). Besides its role as IL-23 subunit p40 is also shared by IL-12 (p35/p40). The formation of both cytokines includes a site I mediated disulfide bond. The second part investigated the role of this interaction for IL-12 and showed its dispensability for biological activity. Further it was shown that mutation of p40_C197 prevents the formation of antagonistic p40 homodimers. The third part of this work is focused on the role of predicted tyrosine residues for the activation of the IL-23 activated signal transduction pathways. Beside canonical tyrosine motifs a non-canonical sequence (L554-Q570) within the murine IL-23R with importance for STAT3 activation was identified. The activation of signal transduction requires the initial activation of receptor-associated Janus kinases (Jaks). IL-23R is reported to bind Jak2 whereas IL-12Rβ1 interacts with the tyrosine kinase Tyk2. Association of Jaks is thought to be mediated via so-called Box 1 and Box 2 motifs within the intracellular receptor chains. The fourth part of the thesis showed that Tyk2 interaction with IL-12Rβ1 is primarily mediated via Box 1 and to a lesser extend by Box 2. However, an uncommon binding site for Jak2 within the murine IL-23R was identified (E455-E479). In brief, this doctoral thesis analyzes the critical extracellular components for the formation of the IL-23 receptor complex as well as the relevant intracellular parts for efficient signal transduction.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	24.05.2016
Dateien geändert am:	24.05.2016
Promotionsantrag am:	09.01.2015
Datum der Promotion:	10.06.2015