Bislang existieren nur unvollständige Untersuchungen über das Expressionsmuster von IFN-g und dessen assoziierten Signalkomponenten. Die Eigenschaften und Funktionen von IFN-g mit seinem Rezeptorkomplex, den Tyrosinkinasen und Transkriptionsfaktoren lassen die Hypothese zu, dass es ein zentrales Stellglied im Verlauf eines ARDS darstellen könnte. Für die Frühphase dieser schwerwiegenden Erkrankung wurde die Expression von IFN-g im Tiermodel bisher nicht untersucht. Um einen Erkenntnisbeitrag zu diesen Sachverhalten zu leisten widmet sich die vorliegende Arbeit der immunhistologischen Darstellung eines spezies-übergreifenden und zelltyp- spezifischen Expressionsmusters der beschriebenen Mediatoren. Ferner sollen diese Ergebnisse als Grundlage dienen, die zelltyp-spezifische Regulation dieser Proteine in einem Modell der isoliert-perfundierten und LPS exponierten Rattenlunge zu analysieren, um somit zum Verständnis der pathogenetischen Zusammenhänge der ARDS Entstehung beizutragen. Die vorliegende Arbeit demonstriert eine konstitutive Expression von IFN-g, seinem Rezeptor, den Januskinasen JAK1 und JAK2, sowie den Transkriptionsfaktoren STAT1, STAT2 und STAT3 in allen untersuchten Organen der Ratte. Dabei zeigte sich eine differenzierte Expression auf zellulärer Ebene, bei der die epithelialen und endothelialen Zellen eine Detektion der Proteine aufwiesen und die Bedeutung dieser beiden Zellkompartimente für physiologische und pathophysiologische Vorgänge unterstreicht. Zusätzlich konnte für die Endothelien eine Expression gezeigt werden, die auf Regulationsmechanismen im Bereich des Rezeptors hinweisen. Einzelne Zellen mit einer ausgeprägten Immunreaktion im Bereich der Langerhan’schen Inseln stützen die potentielle Rolle von IFN-g in der Genese des juvenilen Diabetes, während einzelne Zellen mit starker Färbung für IFN-g in der Milz weiter Fragen über die Rolle von IFN-g für physiologische Prozesse bei der T-Zell-Entwicklung aufwerfen. Vergleicht man nun die konstitutive zelluläre Expression zwischen normalen Rattenlungen und humanen Lungengewebeproben, so zeigt sich ein nahezu identisches Expressionsprofil für beide Spezies. Dennoch lassen sich die diskreten Unterschiede methodisch erklären, so dass evidente Vergleiche zwischen den Spezies möglich scheinen. Unter Exposition isoliert-perfundierter Rattenlungen mit vaskulärem LPS zeigte sich für alle hier untersuchten Proteine, mit Ausnahme von STAT3, im Untersuchungszeitraum von maximal 2 Stunden keine bzw. eine nur sehr gering ausgeprägte Regulation in den einzelnen Zellkompartimenten. Dies scheint gegen die Induktion von IFN-g durch LPS via TLR4 und MyD88 in der Frühphase der pulmonalen gram-negativen Infektion zu sprechen und könnte alternativ durch die Induktion von IFN-g über IL-12 und IL-18 bedingt sein. Für STAT3 zeigte sich hingegen eine ausgeprägte Phosphorylierung des Proteins unter LPS- Stimulation, was die Bedeutung dieses Transkriptionsfaktors unterstreicht. Nach Zugabe von Plasma war STAT3 stärker aktiviert was wiederum die Bedeutung von Plasmafaktoren für die LPS getriggerte Stimulation zu unterstützen scheint. Diese deskriptiven Untersuchungen legen wichtige Grundlagen zur tiefer gehenden funktionellen Charakterisierung des IFN-g-Systems bei pulmonalen Infektionen und unterstützen die These, dass IFN-g ein zentrales Zytokin bei der angeborenen und erworbenen Immunität auf Pathogene darstellt.
So far there are only incomplete studies on the expression patterns of IFN-g and its associated signal components. The properties and functions of IFN-g with its receptor complex, the tyrosine kinases and transcription factors leads to the hypothesis that IFN-g might be a central actuator in the course of ARDS. For the early stages of this serious disease the expression of IFN-g and its down stream components has not yet been investigated in an animal model. The present study demonstrates a constitutive expression of IFN-g, its receptor, the tyrosine kinases JAK1 and JAK2, and the transcription factors STAT1, STAT2 and STAT3 in the entire rat organism. It showed differential cellular distribution patterns, whereas the epithelial and endothelial cells expressed all of the investigated proteins and emphasized the importance of these two cell compartments in physiological and pathophysiological processes. In addition the endothelial cells showed a protein expression of the receptor, which indicates regulatory mechanisms in this field. Individual cells with a strong immune response for IFN-g within the Langerhans islets support the potential role of IFN-g in the genesis of juvenile diabetes. Individual cells with strong staining for IFN-g in the spleen raise questions about the role of IFN-g in physiological processes in the T-cell development. Moreover, rat lung constitutive cellular expression compared with human lungs showed strong similarities. Vascular LPS-challenge of isolated rat lungs generally demonstrated no or very low cell type specific regulation of the investigated proteins, with the exception of STAT3. This seems to speak against the induction of IFN-g by LPS via TLR4 and MyD88 in the early phase of gram- negative pulmonary infection and could support the option of inducing IFN-g by IL-12 and IL-18. STAT3, however, showed a pronounced phosphorylation under LPS-challenge, which underlines the importance of this signal transducer and activator of transcription. After adding plasma STAT3 was even more activated, which seems to support the relevance of plasma factors for LPS signaling. These descriptive study lays important fundamentals for deeper functional characterization of the IFN-g system in pulmonary infections and support the thesis that IFN-g is a key player in the innate and acquired immunity.
