UNIVERSITÄTSBIBLIOTHEK

Isolierung und Charakterisierung immunmodulatorischer Wirkstoffe aus Pilzen als Inhibitoren inflammatorischer und fibrotischer Pathomechanismen bei Asthma

  • Bei Asthma handelt es sich um eine chronische Entzündung der Atemwege, die durch bronchiale Hyperreagibilität, reversible Atemwegsobstruktion und airway remodeling gekennzeichnet ist. Letzteres bezieht sich dabei auf die permanenten strukturellen Veränderungen in den Atemwegen, die zur Verdickung der Bronchialwand beitragen und für die bei Asthmatikern auftretende progressive und irreversible Abnahme der Lungenfunktion verantwortlich sind. Die epithelial zu mesenchymale Transition (EMT), ein physiologischer Prozess bei dem epitheliale Zellen den motilen und invasiven Phänotyp von Fibroblasten übernehmen, ist dabei eng mit der Zerstörung der epithelialen Barriere, subepithelialer Fibrose und der Akkumulation von Myofibroblasten assoziiert, die bei airway remodeling auftreten. Obwohl Wachstumsfaktoren wie der transforming growth factor β (TGF-β) als wichtige Induktoren von EMT gelten, weisen jüngste Ergebnisse auf eine EMT-modifizierende Wirkung von inflammatorischen Mediatoren hin. Ein Ziel dieser Arbeit war es deshalb, den Effekt der inflammatorischen Zytokine IL-4, IL- 17 und IL-22, die in der Pathogenese von allergischem (IL-4) bzw. nicht-allergischem (IL-17/ -22) Asthma involviert sind, auf die TGF-β induzierte EMT in vitro zu untersuchen. Keines der Zytokine war dabei in der Lage, selbstständig EMT induzieren, allerdings verstärkten und beschleunigten sie den EMT-Prozess in Kombination mit TGF-β, wobei die kombinierte Stimulation mit allen 3 Zytokinen einen additiven Effekt zeigte. Obwohl die Zytokine allein kurzzeitig die Transkription von EMT-essentiellen Transkriptionsfaktoren förderten, nahm deren Transkriptmenge sowie Proteinabundanz rasch wieder ab. Dieser Effekt wurde durch die zusätzliche Stimulation mit TGF-β jedoch stark verringert, was auf eine essentielle Rolle des mRNA-stabilisierenden Effektes von TGF-β bei der Induktion von EMT hindeutet. Obwohl inhalierte Kortikosteroide als goldene Standardtherapie in der Asthmabehandlung gelten, verbleiben 5-10% der Asthmatiker therapieresistent. Desweiteren wird airway remodeling durch die Langzeit-Behandlung mit Kortikosteroiden nicht unterdrückt, weswegen neue therapeutische Ansätze entwickelt werden müssen. Naturstoffe mit ihrer strukturellen Komplexität sowie ihrem breiten Spektrum an biologischen Aktivitäten können dabei als potentielle Leitstrukturen dienen. In dieser Arbeit wurde das therapeutische Potenzial der Naturstoffe Cyclonerodiol und Oxacyclododecindion bezüglich Asthma-relevanter Pathomechanismen in vitro untersucht. Cyclonerodiol, das zuvor bereits als Inhibitor des IL-4 Signalweges charakterisiert wurde, hemmte auch den IL-13 Signalweg, der ebenfalls mit allergischem Asthma assoziiert ist. Auf mRNA- und Proteinebene reduzierte der Naturstoff die Expression inflammatorischer Zytokine und Chemokine, die an der Pathogenese von allergischem Asthma beteiligt sind. Untersuchungen zum Wirkmechanismus zeigten, dass Cyclonerodiol die Interaktion des Transkriptionsfaktors STAT6 mit den MAP-Kinasen p38 und ERK1/2 und somit die Serin-Phosphorylierung von STAT6 reduziert, wodurch auch die Interaktion mit dem transkriptionellen Coaktivator p300 verringert wird. Oxacyclododecindion, das bereits als potenter Inhibitor der Expression von inflammatorischen sowie fibrotischen Genen identifiziert wurde, hemmte charakteristische Merkmale von schwerem, Glukokortikoidresistentem Asthma wie die durch IL-17 induzierte Expression inflammatorischer Gene. Die Substanz inhibierte zudem die durch TGF-β induzierte EMT wesentlich stärker als das potente Glukokortikoid Dexamethason. Studien zum Wirkmechanismus weisen darauf hin,dass es sich bei Oxacyclododecindion um einen Kinaseinhibitor mit TAK1 als potentieller Zielstruktur handeln könnte.
  • Asthma is a chronic inflammatory disorder of the airways characterized by bronchial hyperresponsiveness, reversible airflow obstruction and airway remodeling. Latter refers to the permanent structural changes in the airway wall which contribute to the thickening of bronchial walls and are therefore responsible for the progressive and irreversible decline in lung function seen in asthmatics. The epithelial to mesenchymal transition (EMT), a physiological process by which epithelial cells aquire the motile and invasive phenotype of fibroblasts, is thereby closely associated with epithelial disruption, subepithelial fibrosis and myofibroblast accumulation which occur during airway remodeling. Although growth factors like transforming growth factor-β (TGF-β) are considered crucial for the induction of EMT, recent evidence suggests that inflammatory mediators can modulate the EMT response. One aim of this study was therefore to clarify the effect of the inflammatory cytokines IL-4, IL-17 and IL-22, which are involved in the pathogenesis of allergic (IL-4) and non-allergic (IL-17/ -22) asthma, on TGF-β induced EMT in vitro. None of the cytokines were able to induce EMT by theirself, but they potentiated and accelerated TGF-β induced EMT and the combined stimulation with all 3 cytokines even showed an additive effect. Although the cytokines alone induced the temporary synthesis of transcription factors essentiell for EMT, their transcript levels and protein abundance decreased rapidly. This effect was strongly diminished by additional stimulation with TGF-β suggesting that the mRNA stabilizing effect of the growth factor might be an essentiell factor for the induction of EMT. Although inhaled corticosteroids form the gold standard treatment for asthma, 5-10% of asthmatics remain therapy resistant. Additionally, long-term therapy with corticosteroids does not abrogate airway remodeling and therefore, new therapeutic strategies need to be developed. Natural products with their structural complexity and broad range of biological activities can thereby serve as potential lead compounds. The second aim of this study was to examine the therapeutic potential of the natural products Cyclonerodiol and Oxacyclododecindione on asthma-relevant pathomechanisms in vitro. Cyclonerodiol, which had already been characterized as an inhibitor of IL-4 signaling beforehand, also inhibited the IL-13 signaling pathway which is closely related to allergic asthma. On mRNA- and protein-level, the natural compound reduced the expression of inflammatory cytokines and chemokines involved in the pathogenesis of allergic asthma. Studies on the mode of action demonstrated that Cyclonerodiol inhibited the interaction of the transcription factor STAT6 with the MAP-kinases p38 and ERK1/2 which reduced the serine phosphorylation of STAT6 and consequently decreased its ability to interact with the transcriptional coactivator p300. Oxacyclododecindione, which had already been identified as a potent inhibitor of the expression of inflammatory and fibrotic genes, inhibited hallmark features of severe, glucocorticoid-resistant asthma such as IL-17 induced expression of inflammatory genes. The substance also impeded TGF-β induced EMT in a more pronounced fashion than the potent glucocorticoid dexamethasone. Studies regarding the mode of action indicate that Oxacyclododecindione might be a kinase inhibitor with TAK1 as a potential target.
Metadaten
Verfasserangaben:Anna-Kristina Rudolph
URN (Permalink):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-41843
Betreuer:Gerhard Erkel
Dokumentart:Dissertation
Sprache der Veröffentlichung:Deutsch
Veröffentlichungsdatum (online):02.11.2015
Jahr der Veröffentlichung:2015
Veröffentlichende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Titel verleihende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Datum der Annahme der Abschlussarbeit:28.08.2015
Datum der Publikation (Server):06.10.2015
Seitenzahl:VIII, 167
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Fachbereich Biologie
DDC-Sachgruppen:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften, Biologie
Lizenz (Deutsch):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vom 30.07.2015