Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6793

RelB in Secondary Lymphoid Organ Development: Differential Regulation by Lymphotoxin and Tumor Necrosis Factor Signaling Pathways

Z. Buket YILMAZ


Abstract
Primary lymphoid organs are the major sites of lymphopoiesis where lymphocytes proliferate and mature into functional but naive cells. Secondary lymphoid organs are sites where these lymphocytes encounter antigens and elicit immune responses. RelB is a member of the Rel/NF-kB family of inducible dimeric transcription factors. RelB is abundantly expressed in secondary lymphoid organs, such as spleen, lymph nodes and Peyer’s patches (PP). RelB-deficient mice have improper spleen structure and lack organizing centers for PPs, defects that can not be restored by the adoptive transfer of wild-type bone marrow cells. The work presented here revealed a significant reduction in expression of the homing chemokines B lymphocyte chemoattractant (BLC) and secondary lymphoid organ chemokine (SLC) in RelB-deficient spleen, suggesting a role for RelB in proper expression of chemokines by splenic stromal cells. Moreover, interleukin-7 (IL-7)-induced expression of lymphotoxin (LT) in intestinal cells - a crucial step in early PP development - was not impaired in RelB-deficient embryos, suggesting functional hematopoietic inducers and a defect in LTb receptor (LTbR) expressing stromal responders. Activation of LTbR signaling in fibroblasts resulted in the specific induction of p52-RelB heterodimers, while tumor necrosis factor (TNF) induced classical p50-RelA NF-kB complexes. LTbR-induced RelB nuclear translocation and DNA binding of p52-RelB heterodimers required the degradation of the inhibitory p52 precursor, p100, which was dependent on the IkB kinase (IKK) complex subunit IKKa, but not on IKKb or IKKg. In contrast to LTbR signaling, TNFR signaling increased p100 and RelB levels both in cytoplasm and nucleus and RelB was bound to p100 in both compartments. Despite the abundant presence of RelB in the nucleus, RelB DNA-binding was almost undetectable in TNF treated fibroblasts. Forced expression of p50 and p52 could not rescue the lack of DNA binding. In contrast, RelB DNA-binding significantly increased in cells lacking the C-terminus of p100, but not of p105, strongly suggesting that it is the specific inhibitory function of the C-terminal domain of p100, rather than the lack of the heterodimerization partner, which prevents RelB DNA-binding in TNF-stimulated fibroblasts. Thus, RelB and p52 in stromal cells could function in the proper development of the spleen by regulating the expression of chemokines such as BLC. Furthermore, generation of p52-RelB heterodimers by the LTbR pathway involving p100 degradation, appears to be a critical step in the formation of PP anlage.



RelB in der Entwicklung sekundärer lymphoider Organe: Differentielle Regulation durch die Lymphotoxin und Tumor-Nekrose-Faktor Signalübertragungswege


Zusammenfassung
Primäre lymphoide Organe sind Orte an denen Lymphozyten zu funktionellen aber naiven Zellen heranreifen, während in sekundären lymphoiden Organen diese Lymphozyten auf Antigene treffen und Immunantworten auslösen. RelB ist ein Mitglied der Rel/NF-kB Familie induzierbarer dimerer Transkriptionsfaktoren. RelB ist stark exprimiert in den sekundären lymphoiden Organen Milz, Lymphknoten und Peyersche Plaques (PP). RelB-defiziente Mäuse haben eine gestörte Milzstruktur und besitzen keine PP-Anlagen. Reziproke Knochenmarktransferexperimente haben gezeigt, dass RelB in strahlungsresistenten stromalen Zellen benötigt wird und dass der Transfer von wildtyp Knochenmark in neugeborene und adulte RelB-defiziente Rezipienten die obengenannten Defekte nicht korrigieren kann. Die vorliegende Arbeit zeigt eine deutlich verminderte Expression der Chemokine BLC und SLC in der Milz RelB-defizienter Mäuse, was eine Rolle von RelB bei der Expression von sogenannten “Homing-Chemokinen” in stromalen Milzzellen nahelegt. Desweiteren war die Interleukin-7-induzierte Expression von Lymphotoxin (LT) in embryonalen Darmzellen, ein wichtiger Schritt während der fühen PP Entwicklung, nicht abhängig von RelB, was auf funktionelle hämatopoietische “Induktor-Zellen“, aber defekte LT-b-Rezeptor (LTbR)-exprimierende Stromazellen in RelB-defizienten Mäusen schließen läßt. Die Aktivierung des LTbR in Fibroblasten induzierte DNA-bindende p52-RelB Heterodimere, während der Tumor-Nekrose-Faktor (TNF) “klassische” p50-RelA NF-kB Komplexe aktivierte. Die LTbR-induzierte Translokation von RelB in den Zellkern und die DNA-Bindung von p52-RelB Heterodimeren setzte die C-terminale Prozessierung des inhibitorischen p52-Vorläufermoleküls p100 voraus, ein Prozess, der von der IkB Kinase (IKK) a, nicht aber von IKKb oder IKKg, vermittelt wurde. Im Gegensatz zum LTbR, erhöhte die Aktivierung des TNF-Rezeptors die p100 und RelB Proteinmenge wobei RelB an p100 gebunden war. Trotz der deutlichen nukleären RelB Expression wurde keine signifikante DNA-Bindung von RelB in TNF stimulierten Fibroblasten beobachtet. Auch die Überexpression der NF-kB Untereinheiten p50 und p52 führte nicht zur Aktivierung von RelB nach TNF Behandlung. Die DNA-Bindung von RelB war in Zellen, denen lediglich p100 fehlt, allerdings deutlich erhöht. Diese Ergebnisse legen nahe, dass nicht die Abwesenheit des Heterodimerisierungspartners p52, sondern die erhöhte Produktion des inhibitorischen p100 Vorläufermoleküls die DNA-Bindung von RelB nach TNF-Induktion spezifisch blockiert. Die Aktivierung von p52-RelB Heterodimeren in stromalen Zellen über den LTbR könnte die Entwicklung und Kompartimentalisierung der Milz durch die Regulation der Expression von Chemokinen wie z.B. BLC regulieren. Darüberhinaus scheint die Induktion von p52-RelB Heterodimeren über die LTbR-induzierte Degradation von p100 ein wichtiger Schritt für die Ausbildung von PP-Anlagen während der Embryonalentwicklung zu sein.


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