Untersuchungen zur Site-III Interleukin-6-artiger Zytokine

Graf von Borries, Wilhelm Sylvius

Die vorliegende Arbeit sollte einen Beitrag zum besseren Verständnis der komplexen Interaktionen zwischen Zytokinen und Rezeptoren Interleukin-6-artiger Zytokine leisten. Ausgangspunkt für die experimentellen Arbeiten waren die zuvor beschriebenen Designerzytokine IC5 und IC7. Bei diesen war die Glykoprotein 130 (gp130)-bindende Site-III von Interleukin-6 ganz bzw. teilweise durch das entsprechende Leukemia Inhibitory Factor-Rezeptor (LIFR)-Bindungsepitop von Ciliary Neurotrophic Factor (CNTF) ersetzt worden. Hierdurch waren neue Zytokine entstanden, die ihre Bioaktivität nun nicht mehr über ein Homodimer aus gp130, sondern über ein Heterodimer aus gp130 und LIFR entfalten. Eine mögliche Aktivierung des Oncostatin M-Rezeptors (OSMR) durch IC7, das heißt ein Verlust der Spezifität für den LIFR, war bislang nicht untersucht worden. Das überraschende Ergebnis dieser Arbeit ist, dass das LIFR-Bindungsepitop von CNTF nach Übertragung auf ein IL-6-Gerüst in dem Designerzytokin IC7 in der Lage ist, eine Aktivierung des OSMR auf humanen HepG2-Zellen zu induzieren. Experimente mit BaF/3-[gp130, IL-6R, OSMR]-Zellen, einer neu generierten Zelllinie, die neben gp130 und IL-6R zusätzlich den OSM-Rezeptor exprimiert, bestätigten den initialen Befund. Zusätzlich fand sich, dass die in einer früheren Arbeit auf BaF/3-[gp130, IL-6R, LIFR]-Zellen beschriebene ca. 100-fach stärkere Aktivität von IC7 gegenüber IC5 auf BaF/3-[gp130, IL-6R, OSMR]-Zellen verschwindet. Der Verlauf der Aktivitätskurven spricht für einen relativen Aktivitätsverlust von IC7 auf BaF/3-[gp130, IL-6R, OSMR]-Zellen. Allerdings erreichen beide Zytokinchimären in höherer Dosierung die gleiche Aktivität und sogar eine überschießende „Supramaximalaktivität“. Anhand der gelösten 3-D-Struktur des IL-6/IL-6R-Komplexes wurde folgende Hypothese für das veränderte Verhalten der Site-III aufgestellt: Durch eine Interaktion zwischen der Domäne D2 des Interleukin-6-Rezeptors (IL-6R) und einem Teil der zur Site-I gehörenden AB-Schleife von IL-6 kommt es zu einer Stabilisierung derselben. Dies ermöglicht die Interaktion zwischen Site-III, die ebenfalls zum Teil aus der AB-Schleife besteht, und der Ig-Domäne des β-Rezeptors. Dies ist möglicherweise Voraussetzung für eine Bindung zwischen der Domäne-2 des α-Rezeptors und der Ig-artigen Domäne des β-Rezeptors. Insgesamt könnte eine Interaktion der Domäne-2 des α-Rezeptors mit der Ig-artigen Domäne des β-Rezeptors bei allen Interleukin-6-artigen Zytokinen, die einen α-Rezeptor zur Signaltransduktion benötigen, Einfluß auf die Spezifität der Site-III haben. Zum Abschluß dieser Arbeit wurden die experimentellen Grundlagen zur Überprüfung dieser Hypothese durch die Konstruktion des Designerzytokins IC15 sowie die Rezeptorchimären CIR2 und CIR2ΔIg gelegt. IC15 besitzt im Unterschied zu IC7 die komplette AB-Schleife von CNTF. In den Rezeptorchimären sind die Domänen D1 und D2 des IL-6R durch die Domänen D1 bzw. D1 und D2 des CNTFR ersetzt. Auf Zellen, die gp130 und LIFR sowie eine der Rezeptorchimären exprimieren, sollte IC15 so aktiv sein wie LIF. Auf Zellen mit gleicher Ausstattung, aber mit dem OSMR anstelle des LIFR, sollte IC15 dagegen keine Aktivität besitzen. IC15 wurde in E. coli exprimiert, gereinigt und durch Circular Dichroism die strukturelle Integrität nachgewiesen. Für die Rezeptorchimären CIR2 und CIR2ΔIg wurden, als Basis für weiterführende Experimente, optimale Expressionsbedingungen ermittelt und gezeigt, dass sich diese auch in Kombination mit den signaltransduzierenden Untereinheiten gp130 und LIFR in Zellen exprimieren lassen. Die hier gewonnenen Erkenntnisse tragen zu einem besseren Verständis der Rezeptor-Liganden-Interaktion bei und sollen somit langfristig zur Entwicklung spezifischer Agonisten bzw. Antagonisten Interleukin-6-artiger Zytokine beitragen. Angesichts der Vielzahl menschlicher Erkrankungen, bei denen Interleukin-6-artige Zytokine eine entscheidende Rolle spielen, hätte eine Modulation der Zytokinwirkungen ein erhebliches therapeutisches Potenzial.

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Graf von Borries, Wilhelm: Untersuchungen zur Site-III Interleukin-6-artiger Zytokine. 2011.

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