FB 542 FB 575 Zytokin-ignalvermittlung via Jak/TAT riv. Doz. Dr. Johannes Bode Klinik für Gastroenterologie, Hepatologie und Infektiologie JohannesG.Bode@uni-duesseldorf.de
Zytokin-Klassen Wachstumsfaktoren Interleukine Interferone Chemokine roliferation Immunantwort Virusabwehr Migration Differenzierung Entzündung Immunantwort Chemotaxis Hämatopoese Apoptose roliferationshemmung Apoptose??? GT EGF, FGF, DGF TGF EO, GH IL-1,TNF IL-6-Typ-Zytokine IL-4, IL-10, IL-21 IL-2-4, IL-6,IL-7,IL-9 IFNα, IFNβ, IFNω IFNγ, IL-10 MI, RANTE IL-8, DF
Das rinzip Jak/TAT Ligand Ligand führt zur Ausbildung eines Rezeptorkomplexes Jak Jak Tyrosinphosphorylierung von Janus Kinasen und signalvermittelnder Rezeptoruntereinheit Rekrutierung von TAT-Faktoren an die Rezeptoruntereinheit TAT TAT-Tyrosinphosphorylierung Dimerisierung Nukleäre Translokation TAT-RE Genexpression
Janus Kinasen (Jak) und ignal Transducer and Activator of Transcription (TAT) TAT N-terminal coiled-coil DNA Bindung linker H2 Transaktivierung Y Tyrosinrest (Y): Regulatorisch für Dimerisierung und Aktivierung von TAT erinrest (): Wahrscheinlich regulatorische Rolle für transkriptionelle Aktivität JAK FERM H2? kinase-like Tyrosin Kinase JH7 JH6 JH5 JH4 JH3 JH2 JH1 YY β-grasp FERM : 4.1/Ezrin/Radixin/Moesin H2 : rc Homology 2 JH : JAK Homology Tyrosin-Motive (YY): essentiell für die Tyrosin-Kinaaseaktivität von Jak
Janus-Kinasen: chlüsselmoleküle der Zytokin- ignalvermittlung Tyrosin-Kinasen der Janus Kinasen Familie Jak1 Jak2 Jak3 Tyk2 Involviert in die ignalvermittlung von IL-2, IL-4, IL-6, IL-7, IL-9, IL- 10, IL-11, IL-13, IFN-α/β, IFN-γ, OM, LIF, CNTF, CT-1, G-CF IL-3, IL-5, IL-12, IL-13, GM-CF, IFN-γ Epo, Growth Hormone, rolactin, Thrombopoietin, Leptin, IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15, IL-21 IL-10, IL-12, IFN-α/β
Biologische ignifikanz des Jak/TAT ignalwege: knock out Modelle Tyrosin-Kinase Zytokine die in ihrer Funktion beeinträchtigt sind henotyp Jak1: Keine Reaktion auf: IL-2, IL-4, IL- 7, IL-9, IL-10, IL-13, IL-15, IFN-γ, IFN-α/β Reduzierte Reaktion auf: IL-6, LIF Um 40% reduziertes Geburtsgewicht Unterbleiben der Nahrungsaufnahme Versterben perinatal Deffekt der Lymphopoese bei erhaltener Myelopoese Jak2: Keine Reaktion auf: Erythropoietin, Thrombopoietin, IL-3, IL-5, IFN-γ Reduzierte Reaktion auf: CF-1, tammzell-faktor Versterben als Embryo (~d12) aufgrund fehlender Erythropoese
Biologische ignifikanz des Jak/TAT ignalwege: knock out Modelle Tyrosin-Kinase Zytokine die in ihrer Funktion beeinträchtigt sind henotyp Jak3: Keine Reaktion auf: IL-7, IL-15 Reduzierte Reaktion auf: IL-2 weitere detaillierte Analysen stehen aus Lebensfähig, Fruchtbar CID-hänotyp (severe combined immunodeficiency syndrome) Hypoplastischer Thymus eriphere T-Zellen aktivierbar jedoch nicht funktionsfähig Fehlen von NK-Zellen Block der B-Zell Refiung
TAT-Faktoren: chlüsselmoleküle der Zytokin- ignalvermittlung α β γ GT TAT1 TAT2 TAT3 TAT4 TAT5α/β TAT6 IL-5, IFNα/β, IFNγ EGF, DGF, FGF MI-1, RANTE, TH, AngII IFNα/β IL-2, IL-3, IL-5, IL- 6, IL-11, OM, CNTF, LIF, IL-10, G-CF, Leptin, EGF, DGF, Insulin MI-1, RANTE, TH IL-12 IL-2, IL-7, IL-9, IL-15, IL-3, IL-5, GM-CF, rolactin, Erythropoetin, Thrombopoetin, Growth Hormone EGF, DGF, Insulin IL-4, IL-13, Leptin
Biologische ignifikanz des Jak/TAT ignalwege: knock out Maus-Modelle TAT-Faktor Zytokine die in ihrer Funktion beeinträchtigt sind hänotyp TAT-1: TAT-2: Keine Reaktion auf: IFN-α/β, IFN-γ Keine Reaktion auf: IFN-α/β Lebensfähig, Fruchtbar Vermehrte Empfänglichkeit für Infektionen mit u.a. Viren oder Listerien Vermehrtes Auftreten von Tumoren Lebensfähig, Fruchtbar Vermehrte Empfänglichkeit für Infektionen mit u.a. Viren TAT-3: Keine Reaktion auf: Interleukin-6 Typ Zytokine Absterben der Frucht kurz nach Nidation Konditionaler knock-out: führt in Makrophagen zu einem konstitutiv aktiven hänotyp törung der Rückentwicklung der Brustdrüse törung der Wundheilung nach Keratinozyten spezifischem ko
Biologische ignifikanz des Jak/TAT ignalwege: knock out Maus-Modelle TAT-Faktor Zytokine die in ihrer Funktion beeinträchtigt sind hänotyp TAT-4: TAT-5a: Keine Reaktion auf: IL-12 hänotyp vergleichbar zum IL-12 knockout Verstärkung der humoralen TH2 gewichteten Immunantwort törung der IL-12-induzierten Aktivierung von NK-Zellen und T-Zellen Keine Reaktion auf: rolaktin Verlust der rolactin-induzierten Entwicklung der Brust-Drüse artielle Beeinträchtigung der T-Zell orliferation TAT-5b: Deffekt in der ignalvermittlung von Wachstumshormon (GH) hänotyp ähnlich dem growthhormone Rezeptor knock out Vermindertes Wachstum Reduzierte Level von insulin-like growth factor artielle Beeinträchtigung der T-Zell orliferation
Biologische ignifikanz des Jak/TAT ignalwege: knock out Maus-Modelle TAT-Faktor Zytokine die in ihrer Funktion beeinträchtigt sind hänotyp TAT-5a/b: Beeinträchtigte Funktion Kompletter Verlust aller Funktionen von von IL-2 Wachstumshormon (GH) und rolaktin Defekt der IL-2-induzierten T-Zell- roliferation plenomegalie aufgrund extramedullärer Hämatopoese Unfruchtbarkeit der Weibchen TAT-6: Keine Reaktion auf: IL-4, IL-13 Verlust der IL-4 induzierten Differenzierung einer TH2-Antwort Verlust der Fähigkeit von B-Zellen auf die ynthese von IgE umzustellen Verlust der eosinophilen Entzündung und Überreaktivität von Bronchien
Inhibitoren der Jak/TAT ignalvermittlung H2 H2 H2 tyrosine phosphatase H2 : rc homology domain containing phosphatase OC KIR E H2 Box OC : suppressor of cytokine signaling IA NR RING-like /T rich IA : protein induced inhibitors of activated TATs E : Extended H2 ubdomain KIR : Kinase Inhibitory Region NR : LXXLL nuclear receptor interaction motif RING-like : zink finger binding domain H2 : rc Homology 2 /T rich : serine/threonine-rich region
Inhibitoren der Jak/TAT ignalvermittlung IA Jak Jak Ligand Jak Jak Ligand OC1 OC1 OC3 TAT-RE OC3 OC1 OC3 EpoR, gp130 CI CI TAT H2 Genexpression
Inhibitoren der Jak/TAT ignalvermittlung H2 H2 H2 tyrosine phosphatase H2 : rc homology domain containing phosphatase OC KIR E H2 Box OC : suppressor of cytokine signaling IA NR RING-like /T rich IA : protein induced inhibitors of activated TATs E : Extended H2 ubdomain KIR : Kinase Inhibitory Region NR : LXXLL nuclear receptor interaction motif RING-like : zink finger binding domain H2 : rc Homology 2 /T rich : serine/threonine-rich region
CI OC1 OC2 OC3 OC5 OC4/6/7 Expression induziert durch IL-2, IL-3, IL-6, IL-9, IFN-α, TNF-α, Erythropoetin, Growth Hormone, rolaktin, IL-2, IL-4, IL-6, IL-7, IL-9, IL-12, IL-15, IFN-α/β, IFN-γ, LIF, TNF-α, Erythropoetin, Thrombopoetin, GM-CF, M-CF IL-6, IFN-α/β, IFN-γ, LIF, CT-1, CNTF, Growth Hormone, rolaktin, GF, Insulin, TH IL-2, IL-6, IL-9, IL-10, IL-13, IFN-α/β, IFN-γ, LIF, TNF-α, CT-1, CNTF, Erythropoetin, GM-CF, IL-6 unknown Growth Hormone, rolaktin, Insulin, GF, TH L, CpG Growth Hormone, rolaktin, Insulin, L, CpG Faktoren deren ignalvermittlung durch OC-Moleküle gehemmt wird IL-2, IL-3, Erythropoetin, Growth Hormone, rolaktin IL-2, IL-4, IL-6, IL-7, IL-12, IL-15, IFN-α/β, IFN-γ, LIF, Erythropoetin, Thrombopoetin, Growth Hormone, rolaktin, Insulin Leptin, IL-6, Growth Hormone, IGF-1 IL-2, IL-4, IL-6, IL-9, IL-11, IFN-α/β, IFN-γ, LIF, Erythropoetin, Growth Hormone, rolaktin, Insulin Leptin, IL-4, IL-6 unknown
Biologische ignifikanz von OC-Faktoren: knock out bzw. transgene Maus-Modele OC-Faktor hänotyp knock-out hänotyp transgen CI: Unauffälliger hänotyp Reduziertes Körpergewicht törung der Laktation Reduktion von NK-Zellen Überwiegen einer TH2 Differenzierung Hemmung der IL-2 ignalvermittlung OC1: Neonatale terblichkeit Fettige Degeneration der Leber Hämatopoetische Infiltration verschiedenster Organe Lymphopenie Letalität durch törung der ignalvermittlung von IFN-γ Alteration der ignalvermittlung u.a. von IL-12, TNF-α, L, Insulin und rolaktin Hemmung der ignalvermittlung diverser Zytokine Gestörte Entwicklung von T-Zellen Vermehrte Generierung von CD4 + T-Zellen pontane Aktivierung von T-Zellen
Biologische ignifikanz von OC-Faktoren: knock out bzw. transgene Maus-Modele OC-Faktor hänotyp knock-out hänotyp transgen OC2: Gigantismus Dysregulation der ignalvermittlung von GH Gigantismus Dysregulation der ignalvermittlung von GH OC3: OC5: OC6: Embryonale Letalität aufgrund einer Insuffizienz der lazenta Alteration der ignalvermittlung von LIF und IL-6 Leicht verzögertes Wachstum Embryonische Letalität aufgrund von Anämie Unterdrückung einer humoral gewichteten TH 2 -Antwort Hemmung der ignalvermittlung von IL-4
Biologische Aktivitäten von Interleukin-6 (IL-6) (biologische Antworten) roliferation roliferation Wachstumsinhibition Keratinozyten roliferation Mesangialzellen Brust-Karzinomzellen Wachstumsinhibition Melanomzellen lasmazytomzellen IL-6 A Expression B-Zellen lasmazellen Differenzierung T-Zellen Hepatozyten Regeneration zytotoxische T-Zellen C12-Zellen T-Zellen Differenzierung Migration tammzellen Hämatopoese
Rezeptorkomplexe der IL-6-Typ-Zytokine enthalten den ignaltransduktor gp130 gp130 / gp130 LIF-R / gp130 OM-R / gp130 IL-6 IL-11 LIF CT-1 CNTF OM NNT-1/ BF-3/ CLC OM gp130 CNTF-R CNTF-R IL-6-R gp130 gp130 IL-11-R gp130 LIF-R gp130 LIF-R gp130 LIF-R gp130 LIF-R gp130 LIF-R gp130 OM-R gp130? agonistische α-rezeptoren
Jak/TAT signal transduction IL-6 IL-6 IL-6 IL-6 IL-6 Jak Y 683 Y 683 Jak - IL-6 + TAT3/3 TAT1/3 Aktivierung der MA- Kinasen Kaskade H2 Y 759 Y 767 Y 814 Y 905 Y 915 Y 759 Y 767 Y 814 Y 905 Y 915 TAT1/1 Gene Expression TAT-RE
IL-6 IL-6 Zytokin-Rezeptoren vermitteln hierbei selten nur die Aktivierung einer ignalkaskade Jak Y 683 Y 683 Jak Ras Y 759 Y 767 Y 814 Y 905 Y 915 Y 759 Y 767 Y 814 Y 905 Y 915 H2 Gab1 GT GD Grb2 O Raf MEK MAK TF TAT-RE MAK Genexpression
IL-6 IL-6 Hemmung der gp130-abhängigen Aktivierung von TAT durch die Tyrosin-hosphatase H2 Jak Y 683 Y 683 Jak Y759 Y 759 Y 767 Y 759 Y 767 H2 Y 814 Y 814 Y 905 Y 915 Y 905 Y 915 TAT 3/3 Genexpression
IL-6 IL-6 Hemmung der gp130-abhängigen Aktivierung von TAT durch die Tyrosin-hosphatase H2 OC1 Jak Y759OC3 Y 683 Y 759 Y 767 Y 814 Y 683 Y 759 Y 767 Y 814 Jak OC3 OC1 Y 905 Y 915 Y 905 Y 915 OC3 OC1 TAT 3/3 Genexpression Genexpression OC-genes
IL-6 Modulation der gp130-abhängigen ignalvermittlung durch proinflammatorische Mediatoren Jak Jak T p38 L, CpG, TNFα OC3 H2 p38 abhängig? T Erk1/2 TNFα erin- Kinasen L, TNFα TAT 3/3 Genexpression IL-1β p65 p50 TAT-RE
Reciprocal consequences on JAK/TAT and MAK IL-6 IL-6 Jak Y 683 Y 683 Jak Ras Y 759 Y 767 Y 814 Y 905 Y 915 Y 759 Y 767 Y 814 Y 905 Y 915 YYFFFF: JAK/TAT MAK Ernst et al, J Exp Med, 2001, 194, 189 H2 Gab1 Grb2 O GT GD Raf MEK MAK MAK MAK MAK MAK in in vivo: vivo: MAK reduced reducedacute acutephase phasegene geneexpression expression MAK thrombocytopenia thrombocytopenia destructive destructivejoint jointdisease gastrointestinal gastrointestinalulceration failure failureof of uterine uterineimplantation implantation Th2 Th2 cytokines cytokines
Transforming growth factor (TGF)-β TGF-β ist rototyp einer Familie von Wachstums- und Differenzierungsfaktoren Basierend auf strukturellen und biologischen Ähnlichkeiten können sie in drei Hauptgruppen unterteilt werden : -TGF-β - Inhibine und Aktivine (Act) - Bone Morphogenic rotein (BM) - verschiedene andere, entfernt verwandte Mitglieder wie Müllerian inhibiting substance etc
Transforming growth factor (TGF)-β Für äuger sind fünf Isoformen (TGF-β1 bis 5) beschrieben. ynthese durch eine Vielzahl von Zellen, wie z.b. - Thrombozyten (β1/2) - erizyten (Mesangial Zellen β1/2, Ito-Zellen β1 etc.) - Endothel- und Epithelzellen (β1) - Lymphozyten (β1) - Chondrozyten (β1). Biologisch aktive Form liegt zumeist als Homodimer von ca. 25 kd vor (β1/β2 und β2/β3 Heterodimere sind ebenfalls beschrieben).
rinzip der ignalvermittlung von TGF-β TGF-β II II II II TGF-β R-mad mad-4 IIR-mad G Motiv Gly-er equenz R-mad R-mad mad-4 TGF-β Typ I und Typ II Rezeptoren sind Transmembran-Rezeptor erin/threonin Kinasen Liganden Bindung führt zur Ausbildung eines Rezeptorkomplexes der aus zwei Typ I und zwei Typ II Rezeptoren besteht hosphorylierung der Kinase-Domäne von Typ I Rezeptor durch Typ II Rezeptor Aktivierter Typ I Rezeptor phosphoryliert in R-mad Moleküle Heterotrimerbildung aus je zwei phosphorylierten R-mads und einem mad-4 Heterotrimer transloziert in den Kern und bindet an entsprechende mad responsive Elemente mad : ma and Mad related protein R-mad: Rezeptor aktiviertes mad
rinzip der ignalvermittlung von TGF-β TGF-β TGF-β II II II II IIR-mad R-mad mad-4 R-mad mad : ma and Mad related protein R-mad: Rezeptor aktiviertes mad R-mad mad-4 R-mad R-mad mad-4 mad-re Genexpression
TGF-β wird als biologisch inaktive Form sezerniert Aktivierung durch ph < 3 LTB Zell zu Zellinteraktion lasmin Retinoide roteasen Aktives TGF-β Latent TGF-β Thrombospondin-1 TGF-latency associated peptide Biologisch aktive Form liegt zumeist als Homodimer von ca. 25 kd vor (β1/β2 und β2/β3 Heterodimere sind ebenfalls beschrieben).
MAD Moleküle sind wichtige Faktoren in der ignalvermittlung von TGF-β Im äuger sind acht verschiedene mad-roteine beschrieben: mad-1 bis -8 Hiervon sind mad-1, mad-2, mad-3, mad-5 und mad-8 Rezeptor-reguliert BMR : BM-Rezeptor ActR: Activin-Rezeptor TβR: TGF-β-Rezeptor
MAD Moleküle sind wichtige Faktoren in der ignalvermittlung von TGF-β TGF-β mad-6 und mad-7 sind inhibitorische mads mad-6/7 Andere ignalwege wie der Jak/TAT ignalweg oder die MAK-ignalkaskade können die Expression von mad-6/7 beeinflussen R-mad II II II R-mad R-mad mad-4 mad-4 R-mad R-mad mad-4 mad-re Genexpression