Role of intestinal epithelium in inflammatory bowel disease: effect of cytokines and glucocorticoids on CXCL8 and CXCL10 gene expression and NF-kB signalling in intestinal epithelial cell lines
Untersuchungen zur Rolle des Darmepithels bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen: Über den Einfluss von Zytokinen und Glucocorticoiden auf die Expression der Chemokine CXCL8 und CXCL10 und den NF-kB Signalweg in intestinalen Epithel-Zelllinien
by Sunil Yeruva
Date of Examination:2007-05-04
Date of issue:2008-04-24
Advisor:Prof. Dr. Rüdiger Hardeland
Referee:Prof. Dr. Rüdiger Hardeland
Referee:Prof. Dr. Detlef Doenecke
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
Activation of intestinal epithelial cells (IEC) may occur either by luminal antigens stimulation or by inflammatory signals deriving from immune cells in the close vicinity. Production of chemokines by the intestinal epithelium contributes to mucosal infiltration of inflammatory cells in inflammatory bowel disease (IBD). Little is known about the intestinal epithelial expression and secretion of CXCL10 (IP-10) involved in recruiting T-cells and monocytes. Especially, the role of IL-1β, one of the most abundant cytokines in IBD mucosa, has not been established yet. We therefore aimed to evaluate the expression and regulation of CXCL8/Interleukin-8 (IL-8) and CXCL10/Interferon gamma regulated protein 10 kda (IP-10), two of the most abundant chemokines in inflammatory bowel disease (IBD), in epithelial cell lines stimulated with proinflammatory cytokines (IL-1β, IFN γ and TNF-α). NF-κB is known to play a major role in the pathophysiology of IBD. This makes NF-κB a potential phamocological target to treat IBD. So we aimed at studying the effects of two inhibitors of NF-κB on IL-1β induced CXCL8 and CXCL10 gene expression in IECs. Glucocorticoids are known to be effective in regulating the cytokine mediated chemokine gene expression in immune cells. These kinds of study were lacking in relation to IECs. So we also aimed at evaluating the role of glucocorticoids in cytokine mediated CXCL8 and CXCL10 gene expression in IECs. Our data demonstrate that IL-1β is a strong and early inducer of CXCL8 gene expression and protein secretion in colonic epithelial cells. CXCL10 gene expression can be differentially regulated by proinflammatory cytokines and underline that the interplay between epithelial cells and immune cells is important in intestinal inflammation. Depending on the cellular context and utilizing the NF-κB pathway, IL-1β alone and/or in synergism with IFNγ, may play a major role in the induction of CXCL10 gene in IECs, suggesting IL-1β to be a promising target in treating IBD (e.g. in case of failing anti-TNF alpha strategies). Usage of pharmacological inhibitors to NF-κB should be given attention, as we show that the non specific inhibitor of NF-κB, PDTC, inhibits IL-1β induced NF-κB activity and enhances IL-1β induced CXCL8 gene expression in a cell specific manner, a phenomenon which might be explained by the activation of alternative proinflammatory pathways. Glucocorticoids, which are known to be anti-inflammatory in function, were ineffective in inhibiting cytokine mediated CXCL8 and CXCL10 gene expression in IECs, a phenomenon which might contribute to the known steroid unresponsiveness that occur in many patients with IBD.
Keywords: Glucocorticoids; Chemokine; CXCL8; CXCL10; NF-kB; Intestinal epithelial cell lines
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Intestinale Epithelzellen werden entweder
direkt durch luminale Antigene oder durch inflammatorische Signale
aus der unmittelbaren Umgebung aktiviert. Durch Sekretion von
Chemokinen trägt das intestinale Epithel zur mukosalen Infiltration
von Entzündungszellen bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen
(CEDE) bei. Über die intestinale Expression und Sekretion des
Chemokins CXCL10 (IP-10), das bei der Rekrutierung von T-Zellen und
Monozyten maßgeblich ist, ist bisher wenig bekannt. Insbesondere
existieren bisher keine Daten über die Rolle von Interleukin 1β
des am häufigsten exprimierten Zytokins in der Darmschleimhaut bei
chronisch entzündlichen Darmerkrankungen. Das Ziel der Arbeit war
die Expression und Regulation der Chemokine CXCL8 (IL-8) und CXCL10
(IP-10), (in epithelialen Zelllinien zu untesuchen durch
proinflammatorischen Zytokinen IL-1β Interferon gamma und
TNF-alpha). Der Transkriptionsfaktor NF-κB spielt eine tragende
Rollein der Pathophysiologie der chronisch entzündlichen
Darmerkrankung. Er stellt daher ein potentielles pharmakologisches
Ziel in der Behandlung dieser Erkrankung dar. Ein weiteres Ziel der
Arbeit bestand daher darin, die Effekte von zwei NF-κB-Inhibitoren
auf die Interleukin-1-induzierte CXCL8- und CXCL10-Expression in
intestinalen Epithelzellen zu untersuchen. Glukokortikoide sind
potente Inhibitoren der Chemokin-Gen-Expression in Immunzellen.
Bisher existieren keine Daten über den Einfluß von Glukokortikoiden
auf die Chemokin-Expression in intestinalen Epithelzellen, so daß
auch der Effekt von Glukokortikoiden auf die Zytokin-induzierte
Expression von CXCL8 und CXCL10 untersucht wurde.
Die oben genannten Daten zeigten, daß IL-1β ein starker und
unmittelbarer Stimulus für die CXCL8- und CXCL10-Genexpression
sowohl auf RNA- als auch Proteinebene in Darmepithelzelllinien
darstellt. Die differentielle Expression von CXCL10 durch
proinflammatorische Zytokine unterstreicht die Bedeutung des
Zusammenspiels epithelialer Zellen und Immunzellen im Rahmen einer
intestinalen Entzündungsreaktion. Interleukin-1 spielt abhängig vom
zellulären Kontext unter Nutzung des NF-κB-Signalweges eine große
Rolle bei der Induktion der CXCL10-Genexpression in epithelialen
Zelllinien, so daß dieses Zytokin z. B. im Falle versagender
Anti-TNF-Strategien ein lohnendes Ziel für die Entwicklung
zukünftiger Therapieformen darstellt. Eine pharmakologische
Inhibitition von NF-κB durch unspezifische Inhibitoren wie PDTC als
zukünftige Therapieoption muß kritisch hinterfragt werden, da sie
im hier vorliegenden Zellmodell zu einer Verstärkung der
Interleukin-1-induzierten CXCL8-Genexpression führte, ein Phänomen,
das möglicherweise mit einer Aktivierung alternativer
inflammatorischer Signalwege gedeutet werden kann. Die Tatsache,
daß Glukokortikoide offenbar nicht wie in klassischen Immunzellen
zu einer Inhibitition von Zytokinen-stimulierter
Chemokin-Genexpression führen, trägt möglicherweise zum Phänomen
der Steroidresistenz bei Patienten mit chronisch entzündlichen
Darmerkrankungen bei.
Schlagwörter: Glucocorticoiden; Chemokine; CXCL8; CXCL10; NF- B; Intestinalen epithelzell linen