Wissenschaftliche Berichte

Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7318

Molekulare Mechanismen der Glukokortikoid-abhängigen Hemmung des IgE-Rezeptor-Signalweges in Mastzellen

Jana Viktoria Maier

Zusammenfassung
Glukokortikoide sind für ihre starken entzündungshemmenden und anti-allergischen Eigenschaften bekannt. In Mastzellen hemmen sie die Mediatorfreisetzung und die Expression von Entzündungsgenen. Diese Prozesse werden durch die antigenvermittelte Kreuzvernetzung des IgE-Rezeptors FcεRI ausgelöst und zeichnen sich durch eine erhöhte Aktivität der MAP Kinasen ERK1/2, JNK und p38 MAPK aus. Die FcεRIOberflächenexpression sowie die antigeninduzierte Phosphorylierung von MAP Kinasen werden durch Glukokortikoide gehemmt. In dieser Arbeit wurden die Mechanismen der Glukokortikoid-vermittelten negativen Regulation der FcεRI-Expression und p38 MAPKund ERK1/2-Aktivität in Mastzellen (bone marrow derived mast cells, BMMC) analysiert. Die Herabsetzung der FcεRI-Expression ist eine späte Glukokortikoid-Wirkung, die erst nach 16 Stunden Dexamethason-Behandlung von BMMC festgestellt werden konnte. Dexamethason hatte keine Auswirkung auf die mRNA-Menge der einzelnen IgE-Rezeptor- Untereinheiten, setzte jedoch die Proteinmenge der FcεRI β-Kette herab. Durch Verwendung von Inhibitoren konnte gezeigt werden, dass die Reduktion der FcεRI β-Untereinheit den Glukokortikoidrezeptor, eine de novo Proteinsynthese sowie die Aktivität des proteasomalen Proteinabbauweges benötigt. BMMC, die zwei bis 24 Stunden in Gegenwart von Dexamethason kultiviert wurden, zeigten eine erhöhte Expression der MAP Kinase- Phosphatasen MKP-1 und MKP-2 und der Phosphatase PEP. Mit Hilfe von BMMC von PEPund MKP-1-Knockout (KO)-Mäusen konnte gezeigt werden, dass die negative Regulation von ERK1/2 durch Dexamethason PEP- und MKP-1-unabhängig ist. Ebenso war die p38 MAPK-Phosphorylierung in Glukokortikoid-behandelten PEP KO-BMMC herabgesetzt, wohingegen MKP-1-defiziente BMMC keine Hemmung der p38 MAPK-Phosphorylierung zeigten. Die Aufhebung dieser Glukokortikoid-Wirkung in MKP-1 KO-BMMC konnte nur nach 4 und 8 Stunden Dexamethason-Behandlung beobachtet werden, während eine länger anhaltende Behandlung von MKP-1 KO-BMMC mit Dexamethason zu einer Repression der p38 MAPK-Aktivität führte. Dies zeigt, dass die Fähigkeit von MKP-1, diese Glukokortikoid- Wirkung zu vermitteln, auf einen relativ kurzen Zeitraum beschränkt ist. Eine Reduktion der MKP-2-Proteinmenge mittels siRNA hatte keine Auswirkung auf die Glukokortikoidabhängige Regulation von ERK1/2 und p38 MAPK. In ähnlicher Weise war die negative Regulation der Expression der pro-inflammatorischen Gene TNF-α, IL-6, MCP-1 und MMP13 durch Dexamethason in MKP-1 KO-BMMC und in BMMC, die mit MKP-2-siRNA transfiziert wurden, unverändert. MKP-1 KO-Mäuse erwiesen sich jedoch hoch empfindlich gegenüber einer systemischen Anaphylaxie. Aber trotzdem war Dexamethason in der Lage, diese IgE/Antigen-induzierte anaphylaktische Reaktion zu inhibieren.

Die Befunde dieser Arbeit demonstrieren somit, dass die Induktion von MKP-1 für die Glukokortikoid-abhängige Hemmung der p38 MAPK-Phosphorylierung benötigt wird, aber nicht ausreicht, um die inhibitorischen Wirkungen der Glukokortikoide in BMMC zu vermitteln.

Molecular mechanisms of glucocorticoid-dependent inhibition of IgE receptor signalling in mast cells

Abstract
Glucocorticoids are well known for their potent anti-inflammatory and anti-allergic properties. In mast cells, glucocorticoids inhibit the release of inflammatory mediators and the expression of pro-inflammatory genes. These processes are triggered by antigenic crosslinking of the high affinity receptor for IgE FcεRI and are associated with an activation of the MAP kinases ERK1/2, JNK and p38 MAPK. FcεRI surface expression and antigeninduced phosphorylation of MAP kinases are inhibited by glucocorticoids. In the work presented here, the mechanisms of glucocorticoid-dependent down-regulation of IgE receptor surface expression and negative regulation of p38 MAP kinase and ERK1/2 activity in bone marrow derived mast cells (BMMC) were analysed. Down-regulation of FcεRI surface expression is a relatively late effect of glucocorticoids which occurred after 16 hours treatment of BMMC with dexamethasone. Dexamethasone did not affect the mRNA levels of the FcεRI subunits FcεRIα, β and γ, but decreased the β subunit at the protein level. Using different inhibitors it was shown, that reduction of FcεRIβ requires the glucocorticoid receptor, de novo protein synthesis and the activity of the proteasome pathway. BMMC, treated for 2-24 hours with dexamethasone, showed an enhanced expression of the MAP kinase phosphatases MKP-1 and MKP-2 and the protein tyrosine phosphatase PEP. By analyzing BMMC derived from PEP and MKP-1 knockout (KO) mice it was shown that the repression of phosphorylation of ERK1/2 by dexamethasone is independent of PEP and MKP-1. Moreover PEP KO BMMC treated with glucocorticoid also showed a decreased phosphorylation of p38 MAPK compared to the control, whereas in MKP-1 deficient BMMC dexamethasone failed to repress the activity of this kinase. This MKP-1-mediated inhibition of p38 MAPK phosphorylation was only observed four and eight hours after glucocorticoid treatment. MKP-1 KO BMMC cultured for a longer time in the presence of dexamethsone showed a decrease in p38 MAPK phosphorylation similar to the wild-type cells, indicating that the contribution of MKP-1 to the mediation of glucocorticoid action is only restricted to a relatively short time after glucocorticoid treatment. A reduction of MKP-2 expression in wild-type BMMC by MKP-2 siRNA did not abolish the repression of p38 MAPK and ERK1/2 phosphorylation by dexamethasone. Similarly the glucocorticoidmediated down-regulation of expression of the pro-inflammatory genes TNF-α, IL-6, MCP-1 and MMP13 was not altered in MKP-1 KO BMMC and BMMC transfected with MKP-2 siRNA. MKP-1 knockout mice were however highly susceptible to systemic anaphylaxis. Nevertheless dexamethasone was able to suppress the IgE/antigen-induced anaphylactic reaction.

Taken together, the findings of these studies demonstrate that inhibition of IgE receptordependent p38 MAPK-phosphorylation by dexamethasone is mediated by induction of MKP- 1. However MKP-1 does not suffice for the mediation of the negative regulatory actions of glucocorticoids in BMMC.

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