Tissue protection by IL-22 during murine inflammation: the influence of gender/sex and use in combination therapy
Immunology
Final Report Abstract
IL-22 ist ein Mitglied der IL-10 Zytokinfamilie mit gewebeprotektiven Eigenschaften, die maßgeblich durch STAT3-induzierte Proliferation, Anti-Apoptosis und Autophagie vermittelt sind. Gewebeschutz durch Gabe von rekombinantem IL-22 ist speziell in Modellen der murinen Leberschädigung gut beschrieben. Diese experimentellen Vorarbeiten bildeten die Grundlage für eine vielversprechend ausgegangene klinische Studien der Phase II zur Verwendung des IL-22-basierten „Biologicals“ F-652 bei alkoholischer Hepatitis. Der klinische Einsatz solcher „Biologicals“ erscheint daher bei ausgewählten Formen der Leberschädigung mittelfristig erreichbar. Gerade deshalb ist die Charakterisierung grundlegender Aspekte der IL-22 Biologie sowie IL-22-basierter Therapieansätze ein weiterhin relevantes Forschungsgebiet. Hier setzt das vorliegenden Forschungsvorhaben an. Im Mausmodell des paradigmatischen Paracetamol-induzierten Leberschadens wurde im ersten Projektteil untersucht, ob IL- 22 durch das Geschlecht reguliert ist. Dabei zeigte sich, dass in der Leber weiblicher C57BL/6J Mäuse deutlich mehr IL-22 mRNA nachweisbar ist - wobei gerade bei weiblichen Mäusen der Leberschaden schwächer ausgeprägt ist. Die Unterschiede waren insbesondere frappant auf Proteinebene. So war IL-22 ausschließlich im Serum Paracetamol-behandelter weiblicher Mäuse nachweisbar, nicht aber in unbehandelten Tieren (unabhängig vom Geschlecht) oder in Paracetamol-behandelten Männchen. Diese Befunde wurden auf zellulärer Ebene in Splenozytenkulturen erhärtet. So war die IL-22 Expression nach Stimulation mit LPS oder aCD28/aCD3 in Zellen weiblichen Ursprungs signifikant stärker ausgeprägt. Interessanterweise wurde in weiblichen Splenozyten die Produktion von IL-22 durch Androgene herabgesetzt. Zur molekularbiologischen Untersuchung des il22 Promotors nutzten wir die murine T- Lymphom-Zelllinie EL-4. Diese Zellen zeigen eine robuste IL-22 Expression nach Stimulation mit der Kombination PMA/PHA, welche durch Konditionierung der Zellen in Androgen-haltigem Medium signifikant reduziert war. Die il22-Promotoraktivität wird durch den Aryl-Hydrocarbon- Rezeptor (AhR)-Signalweg verstärkt, wobei am murinen il22 Promotor drei AhR-Bindungsstellen (XRE 1-3) zu finden sind. Eine entsprechende Sequenzanalyse zeigte, dass XRE1 und XRE2 in räumlicher Nachbarschaft zu Bindungsstellen des aktivierten Androgenrezeptors liegen. Hieraus ergab sich unmittelbar die Hypothese, dass in Anwesenheit suffizienter Androgenspiegel die AhR-Funktion am il22 Promotor aufgrund sterischer Verhältnisse beeinträchtigt sein könnte. Tatsächlich konnten wir dies mittels Chromatin-Immunpräzipitationen belegen. In einem zweiten Projektteil wurde durch einen pharmakologischen Ansatz die Rolle endogener IL-22 Produktion bei muriner Paracetamolintoxikation untersucht. Dazu wurden die Mäuse mit IL-22BP:Fc behandelt. Es zeigte sich, dass eine Blockade von IL-22 durch IL- 22BP:Fc den Verlauf der Leberschädigung nicht beeinflusst. Dies legt den Schluss nahe, dass endogenes IL-22 in diesem Modell keine Funktion vermittelt – im Gegensatz zum protektiven Effekt einer Gabe des rekombinanten Zytokins. In einem dritten Projektteil wurden die Kombinationstherapien IL-22/B18R (Blockade von Typ I IFN) und IL-22/Metformin zur Behandlung des murinen Paracetamol-induzierten Leberschadens untersucht. Es zeigte sich, dass beide Kombinationen keinen Vorteil gegenüber den Einzelbehandlungen vermitteln. Hauptergebnis ist die Einführung von il22 als geschlechtsregulierter Genort. Dabei wurde die Hemmung von IL-22 durch Androgene als wichtiger Regulationsmechanismus identifiziert. Nachfolgend wurde durch eine andere Arbeitsgruppe auch für das humane System gezeigt, dass weibliche Patienten (hier mit nicht-alkoholischer Fettleber) eine verstärkte IL-22 Expression zeigen. Die erstmals vorgestellten Befunde zur geschlechtsspezifischen IL-22 Regulation sind insbesondere relevant im Kontext personalisierter Medizin, könnten je nach Krankheitsentität zur Klärung pathophysiologischer Heterogenität beitragen und verweisen insbesondere auf die Notwendigkeit, geschlechtsspezifische Effekte bei der Nutzung tierexperimenteller Forschungsansätze adäquat zu berücksichtigen.
Publications
- Acetaminophen-induced Liver Injury Exposes Murine IL-22 as Sex-Related Gene Product. Int. J. Mol. Sci. (2021) 22:10623
Stülb H, Bachmann M, Gonther S, Mühl H
(See online at https://doi.org/10.3390/ijms221910623)
