Bedeutung der Protein Kinase C für die Pneumokokken-induzierte Aktivierung bronchialer Epithelzellen

Abstract

Die Pneumonie ist die Haupttodesursache durch Infektionskrankheiten in den Industrieländern. Streptococcus pneumoniae ist der häufigste Erreger der ambulant erworbenen Pneumonie. Das vermehrte Auftreten Antibiotika-resistenter Stämme erfordert die Entwicklung alternativer Therapiestrategien. Die besondere Bedeutung der Immunantwort in der Pathogenese der Pneumonie macht die Erforschung der molekularen Mechanismen der Zellaktivierung zu einem vielversprechenden Ansatz. Die Bronchialepithelzellen stellen eine erste Barriere gegen Pathogene dar und setzen die Kaskade der Immunantwort in Gang. Nach der Erkennung von S. pneumoniae durch Toll-like Rezeptoren (TLR) wird IL-8, ein bedeutendes Zytokin der Immunantwort, vermehrt freigesetzt. Die Expression von IL-8 wird von verschieden Kinasen und durch Bindung des Transkriptionsfaktors nukleären Faktor–kappa B (NF-kappaB) am il8 Promotor reguliert. Da eine Beteiligung der Protein Kinase C (PKC) bei der Expression von Zytokinen in bakteriellen Infektionen bereits bekannt ist, hat die vorliegende Arbeit das Ziel die Rolle der PKC in der Zellaktivierung nach Pneumokokkeninfektion zu identifizieren. Die Stimulation mit Pneumokokken induzierte die Aktivierung der PKC in der humanen Bronchial-Epithelzelllinie BEAS-2B. Die Untersuchung einzelner PKC Isoformen im Western Blot zeigte eine Translokation von PKC alpha und beta zur Membran als Zeichen der Aktivierung. Des Weiteren resultierte die Hemmung der PKC alpha mit den spezifischen Inhibitoren PKC Inhibitor 20-28 und Gö 6976 in einer signifikanten Abnahme der IL-8 und der IL-6 Freisetzung und verminderte die COX-2 Expression und die PGE2 Freisetzung. Außerdem führte die Hemmung von zwei stromabwärts gelegenen Faktoren der PKC-Aktivierung, Phospholipase C und Kalzium, mit spezifischen Inhibitoren zu einer verminderten IL-8 Freisetzung. Experimente mittels Chromatin Immunopräzipitation zeigten, dass die Inhibition der PKC mit dem spezifischen PKC Inhibitor 20-28 die Bindung der NF-kappa B Untereinheit p65 (RelA) und der RNA Polymerase II (Pol II) an den il8 Promotor vermindert. Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass die Aktivierung der Protein Kinase C durch Streptococcus pneumoniae in humanen Bronchialepithelzellen an der Freisetzung von Zytokinen und dem Prostaglandinstoffwechsel beteiligt ist. Die Pneumokokken-induzierte IL-8 Freisetzung erfolgt durch die Modulation des NF- kappa B (p65) und der Pol II.

Pneumonia is the most common infectious disease leading to death in industrialized countries. Streptococcus pneumoniae is a major cause of community-acquired pneumonia and death due to infectious diseases worldwide. Simultaneously, antibiotic-resistant strains have emerged. Although some pathogenic factors have been identified and novel strategies for vaccination against pneumococci are under investigation, little is known about pneumococci-host interaction thereby hindering the development of innovative intervention procedures in pneumonia. Lung epithelial cells comprise an important barrier against airborne pathogens. Protein kinases C (PKC) are considered as important regulators of inflammation. The hypothesis that pneumococci induced PKC-dependent inflammatory activation of pulmonary epithelial cells was tested. Pneumococci-infected human lung epithelial BEAS- 2B cells showed increased PKC-activity and membrane translocation of PKC alpha. Inhibition of classical PKCs and specifically of PKC alpha blocked S. pneumoniae-induced release of the important pro-inflammatory cytokines IL-6 and IL-8 as well as the expression of cyclooxygenase 2 and subsequent release of PGE2. Inhibition of PKC alpha reduced binding of NF-kappa B/p65 and RNA polymerase II to the endogenous il8 promoter. IL-8-release was blocked by inhibition of intracellular Ca2+-stores but not by chelating of extracellular Ca2+. Ca2+-ionophore A23187 alone increased IL-8-liberation by lung epithelial cells. In accordance, a chemical inhibitor of phospholipase C blocked pneumococci-induced IL-8-release. In summary, pneumococci-induced inflammatory gene expression depended on phospholipase C, intracellular Ca2+ release and PKC alpha in human lung epithelial cells.