Ein neuer TGF-beta-induzierter Signalweg: ALK1 aktiviert den neuroprotektiven Transkriptionsfaktor NF-kappaB

Der Transformierende Wachstumsfaktor-beta1 (transforming growth factor, TGF-beta1) ist der prototypische Vertreter ein großen Familie von Zytokinen, welche in einer Vielzahl von physiologischen wie pathophysiologischen Prozessen eine wichtige Rolle spielen. In Vorarbeiten wurde gezeigt, dass die App...

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Main Author: König, Hans-Georg
Contributors: Krieglstein, Josef (Prof. Dr. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2005
Pharmakologie und Toxikologie
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Der Transformierende Wachstumsfaktor-beta1 (transforming growth factor, TGF-beta1) ist der prototypische Vertreter ein großen Familie von Zytokinen, welche in einer Vielzahl von physiologischen wie pathophysiologischen Prozessen eine wichtige Rolle spielen. In Vorarbeiten wurde gezeigt, dass die Applikation von TGF-beta1 neuronale Zellen vor vielfältigen Stressoren und schädigenden Einflüssen zu schützen vermag. So ist TGF-beta beispielsweise in der Lage, einen signifikanten Schutz vor hypoxischen, metabolischen, exzitotoxischen, prooxidativen oder apoptotischen Stimuli zu vermitteln. Die Applikation von TGF-beta2 hingegen wurde in einigen Arbeiten mit eher pro-apoptotischen Vorgängen im zentralen Nervensystem und einer verminderten Aktivität des anti-apoptotischen Transkriptionsfaktors NF-kappaB (nuclear factor kappaB) korreliert. In Geweben außerhalb des ZNS scheint TGF-beta darüberhinaus eine pro-apoptotische Rolle zuzukommen. So kommt es beispielsweise bei Überexpression dieses Zytokins in Leberzellen zu einem verstärkten Zelluntergang und einer starken Fibrosierung der Leber. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde nach den Grundlagen für die offensichtliche Diskrepanz in den biologischen Effekten dieser Zytokinfamilie gesucht. Durch eine weitergehende Charakterisierung der intrazellulären Signaltransduktionswege von TGF-beta1 in neuronalen Zellen sollten Hinweise auf die molekularen Mechanismen seiner differentiellen Wirkungen gefunden werden. TGF-beta-induzierte Signalwege werden von einer Reihe von Rezeptoren kontrolliert. Hierbei steuern sogennante Typ II Rezeptoren vornehmlich die Aktivierung von Typ I Rezeptoren, welche wiederum die Phosphorylierung intrazellulärer Effektoren, der Smad-Proteine regeln und in zwei größere Gruppen klassifiziert werden können. Hierbei werden Smad1/5-Proteine vornehmlich von Rezeptoren der BMP-Familie aktiviert, Smad2/3-Proteine dienen der TGF-beta Signaltransduktion, vermittelt durch den sogenannten ALK5-Rezeptor. In dieser Arbeit wurde, zum ersten Mal in neuronalen Zellen, die herkömmliche TGF-beta1-induzierte Aktivierung der ALK5-Rezeptorsubstrate Smad2/3 dargestellt. Kürzlich wurde ein alternativer TGF-beta1-vermittelter Signalweg über einen weiteren Typ I Rezeptor, den ALK1-Rezeptor, in Endothelzellen beschrieben, welcher mit einer Aktivierung von Smad1/5 einhergeht. Zum ersten Mal wurde die Expression dieses ALK1-Rezeptors im Rahmen der vorliegenden Arbeit auch in neuronalen Zellen identifiziert. Hierbei ergab sich eine relativ hohe Expression in Neuronen, während in Gliazellen kaum Proteinmengen nachweisbar waren. In Korrelation mit früheren Daten, die nicht nur eine schädigungsbedingte Induktion des TGF-beta1, sondern auch seiner Rezeptoren aufzeigten, konnte ebenfalls eine starke glutamat- und ischämiebedingte Steigerung der ALK1-Transkriptmengen aufgezeigt werden. Es zeigte sich, daß auch der alternative ALK1-Rezeptor in Neuronen einen eigenen Signaltransduktionsweg auf Rezeptorebene induziert: Nicht allein konnte eine TGF-beta1-induzierte Smad1-Phosphorylierung und nachfolgende Translokalisation des Proteins in den Zellkern von Neuronen nachgewiesen werden, sondern weiterhin konnte dieses Verhalten durch die Transfektion von konstitutiv-aktiven (ca) Mutanten des ALK1-Rezeptors simuliert werden. In einer früheren Arbeit wurde eine TGF-beta1-induzierte Aktivierung des neuroprotektiven Transkriptionsfaktors NF-kappaB in hippokampalen Neuronen gezeigt. Diese Ergebnisse ließen sich durch die vorliegende Studie auf einer breiten Basis untermauern und es wurde weiterhin das NF-kappaB/p65 Homodimer als Effektor dieses Prozesses identifiziert. Darüberhinaus konnte interessanterweise der caALK1-Rezeptor auch diese Eigenschaft des TGF-beta1 simulieren, demgegenüber mündete die Überexpression des caALK5-Rezeptors in keiner gesteigerten Aktivität von NF-kappaB. Kongruent dazu führte die Inkubation neuronaler Zellen mit TGF-beta2, welches am ALK1-Rezeptor eine wesentlich geringere intrinsische Aktivität entfaltet, zu keiner signifikanten NF-kappaB Aktivierung. Der konstitutiv-aktive ALK1-Rezeptor vermittelte in weiteren Analysen einen Schutz vor zytotoxischem Stress, während Überexpression des caALK5 keinerlei Einfluss auf den neuronalen Zelltod hatte. Fazit: Somit konnten neben der Aktivierung von NF-kappaB auch die neuroprotektiven Eigenschaften des TGF-beta1 eindeutig mit einer Aktivierung des ALK1-Rezeptors korreliert werden. Diese Ergebnisse lassen den Schluß zu, dass in neuronalen Zellen zwei Rezeptor-induzierte Signalwege durch TGF-beta1 induziert werden. Unterschiede im Expressionslevel der beiden Rezeptoren könnten in einer kompetitiven Weise zu einer differentiellen Genaktivierung beitragen und die zelltodfördernden- von den zelltodinhibierenden Wirkungen dieses Zytokins schon auf der Ebene der Rezeptoren trennen.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2005.0088