Dokument: Die Etablierung von synthetischen Zytokinrezeptoren (SyCyRs) für die Interferon-Signaltransduktion
| Titel: | Die Etablierung von synthetischen Zytokinrezeptoren (SyCyRs) für die Interferon-Signaltransduktion | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=66323 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20240712-122219-3 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Zimmer, Elena [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. rer. nat. Scheller, Jürgen [Gutachter] Prof. Dr. rer. nat. Stork, Björn [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Interferone sind Zytokine, die eine wichtige Rolle im Immunsystem einnehmen. Sie entfalten immunmodulatorische, anti-proliferative sowie antiinfektiöse Wirkungen im Organismus und waren daher lange Zeit großer Hoffnungsträger für die Entwicklung zahlreicher Medikamente. Aufgrund ihrer ambivalenten Wirkungen, vor allem im Bereich der Entstehung von Autoimmunerkrankungen und malignen Tumoren, sowie der häufig auftretenden, starken Nebenwirkungen, wurden Interferone in vielen Fällen jedoch durch andere Therapeutika mit günstigeren Nebenwirkungsprofilen abgelöst. Das von der Arbeitsgruppe von Prof. Scheller (AG Scheller) entwickelte System synthetischer Zytokinrezeptoren (Engelowski et al., 2018) bietet die Möglichkeit, Rezeptoren durch den Einsatz synthetischer Liganden und extrazellulärer nanobodies (VHH) gezielt und somit hintergrundfrei zu aktivieren. In vorherigen Arbeiten wurde nachgewiesen, dass das System der synthetischen Zytokinrezeptoren auf murine Typ I Interferonrezeptoren (mIFNAR) angewandt werden kann (Zoellner et al., 2022). Um dieses System auch für die humanen Typ I und Typ II Interferone zu etablieren, wurden die intrazellulären und transmembranären Anteile der Interferonrezeptoren (IFNR), sowie einige Aminosäuren des extrazellulären Rezeptoranteils mit nanobodies (VHH) fusioniert. Diese bildeten den extrazellulären Teil des Rezeptors und waren gegen die synthetischen, fluoreszierenden Proteine green fluorescent protein (VG) und mCherry (VC) gerichtet. Der humane Typ I Interferonrezeptor (hIFNAR) setzt sich aus zwei Untereinheiten zusammen, die je mit V G (hIFNAR1) und V C (hIFNAR2) fusioniert wurden. Der humane Typ II Interferonrezeptor (hIFNGR) besteht aus zwei verschiedenen Untereinheiten hIFNGR1 und hIFNGR2, die sich zu einem Tetramer aus je zwei hIFNGR1 und hIFNGR2 zusammensetzen. Aufgrund der besonderen Rezeptorstruktur wurden für hIFNGR mehrere Varianten aus Rezeptoruntereinheit und nanobody erstellt.
Nach Stimulation durch die natürlichen Liganden werden intrazellulär verschiedene Signalwege aktiviert, wobei die JAK/STAT-Signalkaskade am charakteristischsten für die Interferon-Signaltransduktion ist. Daher wurde bei der Untersuchung der Signaltransduktion der synthetischen Rezeptoren hierauf der Fokus gelegt. Die Stimulation von synthetischen hIFNAR-exprimierenden Ba/F3-gp130 Zellen zeigte eine für die Typ I Interferone charakteristische Aktivierung der JAK/STAT-Signalkaskade. Durch die Fusion einzelner Untereinheiten mit jeweils anderen nanobodies erlaubte das System die Steuerung der Rezeptorassemblierung durch Einsatz unterschiedlicher Ligandenkombinationen. So konnte nachgewiesen werden, dass die Stimulation eines hIFNAR2-Homodimers zu einer STAT-Phosphorylierung führte, während ein hIFNAR1-Homodimer nach Stimulation keine Aktivierung der JAK/STAT-Signalkaskade zeigte. Abschließend wurden zuvor in der AG Scheller erstellte Mutationsvarianten von synthetischen mIFNA-Rezeptoren mit Mutationen von intrazellulären Tyrosinen beider Rezeptoruntereinheiten hinsichtlich ihrer STAT-Aktivierung nach Stimulation von Rezeptortragenden HEK293 Zellen untersucht. Die Ergebnisse bekräftigten die in der Literatur beschriebene Relevanz der IFNAR2-Tyrosine Y335 und Y510 für die STAT-Aktivierung. Zusammenfassend ermöglicht die Etablierung der synthetischen Zytokinrezeptoren für die Interferon-Signaltransduktion eine, hintergrundfreie und zielgerichtetere Aktivierung der Signalkaskade, welche den Weg sowohl für weitere biochemische Forschung als auch für die Entwicklung gezielterer, nebenwirkungsärmerer Therapien ebnet.Interferons are cytokines that play an important role in the immune system. They exert immunomodulatory, anti-proliferative and anti-infectious functions and have therefore long been a great source of hope for the development of numerous drugs. Due to their ambivalent effects, especially in regard of development of autoimmune diseases, procarcinogenic effects, as well as the frequently occurring strong side effects when clinically administrated, interferons have in many cases been replaced by other therapeutic agents with more favourable side effect profiles. The synthetic cytokine receptor system developed by the team of Prof. Scheller (AG Scheller) (Engelowski et al., 2018) enables background-free receptor activation through the use of synthetic ligands and extracellular nanobodies (VHH). Previous work has demonstrated that the synthetic cytokine receptor system can be applied to murine type I interferon receptors (mIFNAR) (Zoellner et al., 2019). To establish this system also for human type I and type II interferons, the intracellular and transmembrane domains of the interferon receptors (IFNR), as well as some amino acids of the extracellular receptor domain were fused with nanobodies (VHH). These formed the extracellular domain of the synthetic receptor and were directed against the synthetic fluorescent proteins green fluorescent protein (VG) and mCherry (VC). Human type I IFNR (hIFNAR) is composed of two subunits, hIFNAR1, which was fused to V G and hIFNAR2, which was fused to V C . Human type II IFNR (hIFNGR) is composed of two distinct subunits hIFNGR1 and hIFNGR2, which form a tetramer of two hIFNGR1 and two hIFNGR2, respectively. Due to this particular receptor structure, several variants of receptor subunit and nanobody were created for hIFNGR. Upon stimulation by their natural ligands, various signaling pathways are activated intracellularly, with the JAK/STAT signaling cascade being the most characteristic one for interferon signal transduction. Therefore, the investigation of the singaling pathways of the synthetic ligands focused on the JAK/STAT signaling cascade. Stimulation of Ba/F3-gp130 cells expressing the synthetic hIFNAR led to characteristic activation of the JAK/STAT signaling cascade. As every subunit was fused with different nanobodies, the use of various ligand combinations allowed control of receptor assembly. Thus, stimulation of a hIFNAR2 homodimer was shown to activate STAT phosphorylation, whereas a stimulated hIFNAR1 homodimer showed no activation of the JAK/STAT signaling cascade. Eventually, mutational variants of synthetic mIFNA-receptors with mutations of intracellular tyrosines of receptor subunits previously generated in AG Scheller were examined with respect to their STAT activation after stimulation of receptor-bearing HEK293 cells. The results confirmed the relevance of mIFNAR2 tyrosines Y335 and Y510 for STAT activation as reported in the literature. In conclusion, the establishment of synthetic cytokine receptors for interferon signal transduction enables further background-free and more specific activation of the signal transduction pathway, which clears the way for further biochemical research as well as for the development of targeted immune-therapies with fewer side effects. | |||||||
| Quellen: | Engelowski, E., A. Schneider, M. Franke, H. Xu, R. Clemen, A. Lang, P. Baran, C. Binsch, B.
Knebel, H. Al-Hasani, J.M. Moll, D.M. Floss, P.A. Lang, and J. Scheller, Synthetic cytokine receptors transmit biological signals using artificial ligands. Nature Communications, 2018. 9(1): p. 2034.Zoellner, N., N. Coesfeld, F.H. De Vos, J. Denter, H.C. Xu, E. Zimmer, B. Knebel, H. Al-Hasani, S. Mossner, P.A. Lang, D.M. Floss, and J. Scheller, Synthetic mimetics assigned a major role to IFNAR2 in type I interferon signaling. Frontiers in Microbiology, 2022. 13: p. 3254. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 12.07.2024 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.07.2024 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 13.11.2023 | |||||||
| Datum der Promotion: | 20.06.2024 |
