Modifikation der Expression des Lipopolysaccharid Bindenden Protein (LBP) durch Methylxanthine

Abstract

Das Lipopolysaccharid Bindende Protein (LBP) ist ein Akutphaseprotein, das vor allem in der Leber synthetisiert wird. Es ist in der Lage, Lipopolysaccharid (LPS) aus der Zellwand gram-negativer Bakterien zu erkennen, opsonisieren sowie dessen Transfer zu Lipoproteinen zu katalysieren und ist somit an der Detoxifizierung beteiligt. Zum anderen verstärkt es die Bindung von Makrophagen an LPS und ist in der Lage, ipopolysaccharid anderen immunkompetenten Zellen zu repräsentieren, die primär nicht dazu in der Lage sind, LPS zu binden. Dadurch kommt dem LBP eine zentrale Rolle in der Detoxifizierung von Krankheitserregen, aber auch in der Initiierung der Immunantwort zu. Diese lebensnotwendige Reaktion kann jedoch auch überschießend ablaufen und dann zur Schädigung des Organismus bis hin zum septischen Schock führen. In vivo-Studien zeigen, dass die LBP Expression durch das Methylxanthin Pentoxifyllin gedrosselt werden kann. In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe von humanen Hepatomzellen der Zelllinien HepG2 und HuH-7, sowie den Lungenepithelzellen A-549 die Regulation der LBP Expression in vitro untersucht. Die LBP Expression wird vor allem durch IL-6 induziert, aber auch IL-1 und Dexamethason zeigen kostimulatorische Wirkung. Das Ausmaß der Expression unterliegt einer Konzentrations- und Zeitabhängigkeit. Werden die stimulierten Zellen zusätzlich mit Pentoxifyllin inkubiert, so führt dies zu einer Hemmung der LBP Expression. Gleiches gilt für die Inkubation mit anderen Methylxanthinen wie dem Theophyllin und Koffein. Alle diese Substanzen sind Phosphodieesteraseinhibitoren und bewirken eine Akkumulation von cyclischem AMP in der Zelle. Werden stimulierte Hepatomzellen direkt mit cAMP inkubiert, so führt auch dies zu einer konzentrations- und zeitabhängigen Reduktion der LBP Ausschüttung. Obwohl der LBP Promoter über „cAMP responsive elements“ (CREB) als Bindungsstellen verfügt, scheint der Hemmeffekt nicht über diese gesteuert zu sein, sondern über die Aktivierung der inhibitorisch wirksamen Gfi-Site. Mutationen dieser Site zeigten kein Ansprechen auf erhöhte cAMP-Spiegel mehr. Aufgrund der herausragenden klinischen Bedeutung des LBP im Rahmen der Immunabwehr sowie der Genese der Sepsis, kommt der Kenntnis der Regulation der LBP Expression, allen voran einer Hemmung, eine wichtige Rolle zu. Dies kann dazu beitragen, den klinischen Verlauf infektiöser Geschehen zu beeinflussen, und bietet die Option neuer Therapiestrategien.

The liposaccharide binding protein (LBP) is an acute-phase-protein, synthesized mainly in the liver. It is able to recognize and opsonize lipopolysaccharide (LPS) from the cell walls of gram-negative bacteria as well as to catalise its transfer to lipoproteins and therefore is involved in the detoxification. On the other hand it reinforces the binding of macrophages to LPS and is capable of representing LPS to other immunocompetent cells, which are primarily unable to bind LPS. Therefore the LBP plays a main role in the detoxification of germs, but also in the initiation of the immune response. However, this vital reaction can overschoot, and thus lead to damage of the organism, up to a septic shock. In-vivo studies show that the LBP expression can be reduced by pentoxifylline, a methylxanthine derivative. Regulation of the LBP expression was examined in vitro, employing human hepatoma cells HepG2 und HuH-7 as well as lung-epithelial cells A-549. IL-6 induces LBP Expression significantly, whereas IL-1 and dexamethasone mainly increases the IL-6 effect when applied in combination. Stimulation leads to strong transcriptional activation of the LBP gene in a dose- and time-dependent manner. If the stimulated cells are additionally incubated with pentoxifylline, this leads to a down regulation of the LBP expression. The same goes for the incubation with other methylxanthine derivative as theophylline or caffeine. All these substances inhibit phosphodiesterase and cause an accumulation of cyclic APM (cAMP) in the cell. If stimulated hepatoma cells are directly incubated with cAMP, this also leads to a dose- and time-dependent reduction of LBP expression. Although the LBP promoter has cAMP responsive elements binding- sites, the obstruction effect doesn´t seem to be controlled by them, but by the activation of Gfi-site, an inhibitory transcription factor. Mutations of this site did not show any more inhibitory effects to raised cAMP levels. Because of the outstanding clinical significance of LBP within immune defence as well as the genesis of sepsis, the knowledge of the regulation and most of all the obstruction of the LBP expression plays an important role. Further elucidating the mechanism of transcriptional regulation of proteins involved in innate immune responses may potentially help to develop novel therapie strategies.