Dokument: Design synthetischer Zytokinrezeptoren für Interleukin-6- und Interleukin-23-artige Zytokine und Analyse der Rolle von Interleukin-23 in kardialer Ischämie

Titel:	Design synthetischer Zytokinrezeptoren für Interleukin-6- und Interleukin-23-artige Zytokine und Analyse der Rolle von Interleukin-23 in kardialer Ischämie
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=49679
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20190531-105207-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Engelowski, Erika [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,84 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 19.05.2019 / geändert 19.05.2019
Beitragende:	Prof. Dr. rer. nat. Scheller, Jürgen [Gutachter] Prof. Dr. Flögel, Ulrich [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die Familie der IL-6/IL-12-Zytokine steuert zelluläre Prozesse, wodurch die Aktivität des Immunsystems maßgeblich kontrolliert wird. Ihre Biologie ist bekanntlich von äußerst komplexer Natur. Eine Fehlregulation des Zytokinnetzwerks kann zur Entstehung von Autoimmunerkrankungen, akuten/chronischen Entzündungen und Krebs führen. Neben IL-6 zählt auch IL-23 zu den pro-entzündlichen Zytokinen. Somit stellt es ebenfalls einen vielversprechenden therapeutischen Angriffspunkt dar, um Entzündungsreaktionen bei diversen Erkrankungen zu hemmen. Aktives IL-23 entsteht aus der Interaktion zwischen der α Untereinheit p19 und der β-Untereinheit p40. Die IL-23 Signalweiterleitung erfolgt über die Rezeptorketten IL-12Rβ1 und IL-23R. Die Rezeptordimerisierung führt zur Transphosphorylierung der assoziierten Kinasen mit anschließender Aktivierung der JAK/STAT, MAPK und PI3K Signalwege. Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit der in vivo Charakterisierung der intrazellulären Signalwege des IL-23 Rezeptorkomplexes nach einer myokardialen Ischämie mit Reperfusion (I/R). Im Verlauf einer myokardialen Ischämie steuern Zytokine die Entzündungsreaktionen und beeinflussen das Remodeling des Herzens. Die Wirkung von IL-6 wurde weitestgehend auf den kardialen Umbau des ischämischen Gewebes in eine bindegewebshaltige Narbe gezeigt. Die Biologie des pro-entzündlichen Zytokins IL-23 bei kardialer Ischämie ist jedoch komplex. Vorausgehende Studien an Mäusen zeigten die essentielle Rolle von IL-23p19 im Myokardinfarkt, jedoch mit widersprüchlichen Ergebnissen. Untersuchungen zum Einfluss der einzelnen Signalwege des IL-23-Rezeptorkomplexes auf das Remodeling des Herzens fehlten. Aus diesem Anlass wurden im Rahmen der Arbeit neuartige IL-23-signaling-defiziente Mäuse untersucht. Mit ihrer Hilfe konnte gezeigt werden, dass das Fehlen der Signalwege des IL-23 Rezeptorkomplexes keine Auswirkung auf den Heilungsprozess nach Ischämie und bis zu vier Wochen Reperfusion hatte. Darüber hinaus resultierte die therapeutische Behandlung nach I/R mit IL-23 ebenfalls in keiner signifikanten Verbesserung des myokardialen Remodelings. Das Zytokin IL-23 und seine Signalwege spielen somit keine Schlüsselrolle bei Myokardinfarkt. Für detaillierte Analysen zur Zytokinsignaltransduktion werden Werkzeuge benötigt, mit deren Hilfe die Signalwege der Zytokine spezifisch und hintergrundfrei an- und ausgeschaltet werden können. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Synthetic Cytokine Receptors (SyCyRs) mittels einer im Rahmen dieser Dissertation entwickelten Methodik generiert. Letztere macht das Phänokopieren einer natürlichen Zytokinsignalweiterleitung möglich. Darüber hinaus ermöglichte die SyCyR-Technologie den Beweis für die Bildung biologisch aktiver IL-23R Homodimere und kann zur STAT3-Transphosphorylierung genutzt werden. Die in vivo Anwendbarkeit des SyCyR-Systems wurde demonstriert, indem eine zelltypspezifische und hintergrundfeie SyCyR-IL 6/IL 11 Signaltransduktion in Mäusen induziert wurde. Diese neuartige Technologie eignet sich für die Untersuchung von zelltypspezifischen Rezeptoraktivierungen in vielen Anwendungsbereichen. Die neu entdeckten Zytokine IL-35 und IL-39, zusammengesetzt aus den Untereinheiten p35 und EBI3 bzw. p19 und EBI3, sind Mitglieder der IL-12-Familie. Über ihre Signalwege und Wirkungsweisen ist wenig bekannt. Die Rezeptorkomplexe und nachgeschalteten Signalkomponenten dieser Zytokine wurden im dritten Teil dieser Arbeit mittels synthetischer Biologie analysiert. Hierfür wurden chimäre Rezeptoren hergestellt und die biologische Aktivität der postulierten Rezeptorkomplexe, nämlich IL-12Rβ2:gp130, IL 12Rβ2:IL-12Rβ2, gp130:gp130, IL-12Rβ2:WSX-1 für IL-35 und IL-23R:gp130 für IL-39, bestätigt. Alle untersuchten Zytokinrezeptorkomplexe induzierten zudem konventionelle STAT Aktivierungsmuster. Im Laufe der Untersuchungen wurden weitere synthetische Rezeptorkombinationen entdeckt, die ebenfalls biologisch aktiv waren und noch nicht beschrieben wurden: gp130:IL 12Rβ1 und IL-23R:IL-12Rβ2. Diese Studie zeigt, dass die extrazellulären Rezeptordomänen der IL-6- und IL-12-Familie austauschbar sind und dadurch eine Analyse der Zytokinsignalwege ermöglicht wird. IL-6/IL-12-like cytokines are responsible for the control of cellular processes which is of crucial importance for the immune system. Their biology is highly complex. Dysregulation of the cytokine network is proven to influence the development of autoimmune diseases, acute/chronic inflammation and cancer. In addition to IL-6, IL-23 also belongs to pro-inflammatory cytokines and represents a therapeutic target for inhibiting inflammatory response in various diseases. Active IL-23 is formed by the interaction between the α-subunit p19 and the β-subunit p40. The receptor chains IL-12Rβ1 and IL-23R are responsible for the IL-23 signal transduction. Receptor dimerization leads to trans-phosphorylation of the associated kinases and subsequent activation of JAK/STAT, MAPK and PI3K signaling pathways. The first part of this thesis deals with the in vivo characterization of the IL-23 receptor intracellular signaling pathways after myocardial ischemia and reperfusion (I/R). During myocardial ischemia, cytokines control inflammatory responses and affect cardiac remodeling. The effect of IL-6 on myocardial infarction has been clearly demonstrated. However, the exact function of the pro-inflammatory cytokine IL-23 is still under discussion. Previous studies in mice reported the essential role of IL-23p19 in myocardial infarction, but the results were contradictory. Investigations on the influence of individual signaling pathways of the IL-23 receptor complex on remodeling of ischemic heart are unavailable. Using novel IL-23-signaling-deficient mice, it was shown that lack of IL-23R-signaling pathways had no effect on the healing process after ischemia and up to four weeks of reperfusion. In addition, therapeutic treatment with IL-23 also did not result in any significant improvement of cardiac function after I/R. Thus, the cytokine IL-23 and its signaling pathways did not play a key role in the development of I/R-injury. For detailed analysis of the cytokine signal transduction pathways, the development of switchable tools allowing their specific and background-free activation is of invaluable importance. In the second part of the thesis, Synthetic Cytokine Receptors (SyCyRs) were generated using a technology developed in the course of this work and allowing to phenotype natural cytokine signal transduction. In this way, an evidence for the formation of biologically active IL-23R homodimers was provided and STAT3 trans-phosphorylation enabled. The in vivo applicability of the SyCyR system has been successfully demonstrated by inducing cell-type specific and background-free SyCyR-IL-6/IL-11 signal transduction in mice. In a nutshell, this novel technology makes possible to study cell-type specific receptor activation in a widespread area. The newly discovered cytokines IL-35 and IL-39, composed of p35 and EBI3 respectively p19 and EBI3 subunits, are members of the IL-12 cytokines family. Little is known about their signaling pathways and effects. In the third part of the presented work, synthetic biology enabled the analysis of receptor complexes and downstream signaling components of these cytokines. For this purpose, chimeric receptors were generated and the biological activity of the postulated receptor complexes, namely IL-12Rβ2:gp130, IL-12Rβ2:IL-12Rβ2, gp130:gp130, IL 12Rβ2:WSX-1 for IL-35 and IL-23R:gp130 for IL-39, was confirmed. Every investigated cytokine receptor complex induced conventional STAT activation patterns. Furthermore, so far undiscovered synthetic receptor combinations were accessed and their biological activity proven: gp130:IL-12Rβ1 and IL-23R:IL-12Rβ2. This study demonstrates that extracellular receptor domains of IL-6 and IL-12 cytokines family are interchangeable, allowing analysis of cytokine signaling pathways.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Biochemie und Molekularbiologie II
Dokument erstellt am:	31.05.2019
Dateien geändert am:	31.05.2019
Promotionsantrag am:	10.12.2018
Datum der Promotion:	06.05.2019