Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zur Rolle von IKK[beta] und IKK[gamma] in akuten Schädigungsmodellen der Leber

Aßmus, Ulrike Barbara

The IKK-complex consisting of IKKb, IKKg and IKKα is an essentiell component of sensitive mechanisms that activate NF-kB. As a transcription factor NF-kB regulates the expression of genes that trigger antiapoptotic, inflammatory and cellcycle progression. That way NF-kB supports immunologic and cell protective mechanisms. The influences of NF-kB on the cell cycle play an important role for the remarkable ability of the liver to regenerate. Dysfunctions of the immunsystem (leukaemia), inflammatory diseases like Morbus Crohn or ulcerative colitis and dysregulations of the cellcycle leading to tumor development reveale the pathophysiological relevance of NF-kB. The aim of this thesis was to analyse the relevance of the IKK-complex for the activation of NF-kB in the liver. Additionally the role of NF-kB within acute liver damage that is still controversial discussed should be investigated. Therefore IKKβ as well as IKKγ deleted mice were used. To induce acute liver damage TNF-α were injected to study apoptotic mechanisms and ischemia/reperfusion operations were done to examine inflammatory mediated liver damages. By Stimulating the mice with TNF-α it was possible to investigate the consequences of the IKKβ and the IKKγ gene deletion focused on well known mechanisms in the hepatocytes. Whereas the ischemia/reperfusion modell represented a complex interaction of different components of the whole organism. The following results were obtained: 1.            IKKβ is not essentiell for the TNF-α induced NF-kB activation in hepatocytes of adult mice. The activation of NF-kB is strongly related to IKKγ as part of the  functional IKK-complex. 2.            The usage of an IKKβ mutant that has no kinase activity inhibits in contrast to the IKKβ knockout the cytokin induced activity of the IKK-complex in the hepatocytes. 3.            Activation of NF-kB is essentiell to prevent the hepatocytes from TNF-α induced apoptosis. 4.            IKKβ in contrast to IKKγ is essentiell for the TNF-α induced phosporylation of the NF-kB subunit RelA. The regulation of antiapoptotic genes and according to that the protection against TNF-α dependent apoptosis in the hepatocytes is independend of the phosphorylation of NF-kB. 5.            IKKβ is essentiell for the ischemia/reperfusion dependent NF-kB activation. 6.            NF-kB supports the liver damage following ischemia/reperfusion. 7.            A new pharmacological IKKβ-inhibitor protects the liver against ischemia/reperfusion dependent liver damage without sensitising to TNF-α induced apoptosis. The results give useful insights into the complex regulatory mechanismens of the NF-kB signalling. By the use of IKKβ respectively IKKγ deficient mice for the first time it was possible to investigate the effects of absent IKK components in hepatocytes of adult animals in vivo. Thereby differences to former experiments where mutated IKK components were used appeared. Additionally celltype specific mechanismens about the activation of NF-kB were obtained. The relevance of activated NF-kB in the cytokin induced apoptosis could be demonstrated and new insights in its role for the ischemia/reperfusion dependent liver damage were gained. Following the results with the gene deleted mice a new specific IKKβ-inhibitor were used which remarkably reduced liver damage induced by ischemia/reperfusion. That way this thesis is able to propose a new encouraging approach to develop therapeutical concepts to minimize liver damage caused by operations containing ischemia/reperfusion.

Der IKK-Komplex, zu dem außer IKKβ und IKKγ noch IKKα gehört, ist essentieller Bestandteil sensitiver Steuerungsmechanismen der NF-kB Aktivierung. Als Transkriptionsfaktor beeinflusst NF-kB die Expression antiapoptotischer, inflammatorischer und zellzyklusregulierender Gene und unterstützt auf diese Weise immunologische sowie zellschützende Vorgänge. Durch seinen Einfluss auf den Zellzyklus ist NF-kB zudem an dem außergewöhnlichen Regenerationsvermögen der Leber beteiligt. Pathophysiologische Bedeutung bekommt NF-kB durch seine Beteiligung an Fehlfunktionen des Immunsystems (Leukämien), entzündlich bedingten Erkrankungen wie Morbus Crohn oder der ulzerativen Colitis, und auch an Fehlregulationen des Zellzyklusses bei denen eine übersteigerte Zellproliferation zu Tumorbildung führt. Ziel dieser Arbeit war es, die Bedeutung des IKK-Komplexes und seiner Komponenten für die Aktivierung von NF-kB in der Leber zu untersuchen. Außerdem sollte die bislang widersprüchlich diskutierte Bedeutung von NF-kB im Rahmen akuter Schädigungsmodelle der Leber geklärt werden. Dazu wurden IKKβ bzw. IKKγ defiziente Mäuse verwendet. Als Modelle akuter Leberschädigungen wurden die durch TNF-α induzierte Apoptose und die entzündlich bedingte Schädigung der Leber durch Ischämie/Reperfusion untersucht. Durch Stimulation mit TNF-α war es möglich, die Auswirkungen der IKKβ bzw. IKKγ Deletion fokussiert auf bekannte Reaktionsabläufe in der Leberzelle zu untersuchen. Das System der Ischämie/Reperfusion hingegen stellte IKKβ in einem komplexen Zusammenspiel verschiedenster Komponenten des Gesamtorganismusses dar.   Es konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: 1.      IKKβ ist für die TNF-α vermittelte NF-kB Aktivierung in Hepatozyten adulter Tiere nicht essentiell. Die NF-kB Aktivierung ist jedoch abhängig von IKKγ und daher von einem funktionellen IKK-Komplex. 2.      Die Verwendung einer kinaseinaktiven IKKβ-Mutante blockiert im Unterschied zu einem IKKβ-Knockout die zytokininduzierte Aktivität des IKK-Komplexes in Hepatozyten. 3.      Die Aktivierung von NF-kB ist wesentlich für den Schutz der Leberzelle vor TNF-α vermittelter Apoptose. 4.      IKKβ ist im Gegensatz zu IKKγ essentiell für die TNF-α induzierte Phosphorylierung der NF-kB Untereinheit RelA. Die Regulation antiapoptotischer Zielgene und der damit verbundene Schutz vor TNF-α vermittelter Apoptose erfolgt in der Leberzelle unabhängig von der NF-kB Phosphorylierung. 5.      IKKβ ist essentiell für die ischämie/reperfusionsvermittelte Aktivierung von NF-kB. 6.      NF-kB ist im Rahmen der Ischämie/Reperfusion wesentlich an der Schädigung der Leber beteiligt. 7.      Ein neuer pharmakologischer IKKβ-Inhibitor schützt die Leber vor ischämie/reperfusionsbedingter Schädigung, ohne für TNF-α induzierte Apoptose zu sensitivieren. Die Ergebnisse geben wertvolle Einblicke in die komplexen Mechanismen der NF-kB Regulation. Mit Hilfe IKKβ bzw. IKKγ defizienter Mäuse war es zum ersten Mal möglich, die Auswirkungen fehlender IKK-Komponenten in Hepatozyten adulter Tiere in vivo zu untersuchen. Dabei wurden Unterschiede zu früheren Untersuchungen, in denen mutierte IKK-Komponenten verwendet worden waren, deutlich. Zudem zeigten sich zelltypspezifische Mechanismen der NF-kB Aktivierung. Die Bedeutung von aktiviertem NF-kB im Modell zytokininduzierter Apoptose konnte dargestellt und neue Erkenntnisse seiner Rolle in der ischämie/reperfusionsvermittelten Leberschädigung gewonnen werden. Auf Grundlage der in gen-deletieren Tieren gewonnenen Einsichten wurde ein neuer, spezifischer IKKβ-Inhibitor verwendet, für den eine deutliche Reduktion der Ischämie/Reperfusionsschädigung nachgewiesen werden konnte. So ist es gelungen, im Rahmen dieser Arbeit einen neuen, viel versprechenden Ansatz für therapeutische Konzepte zur Minimierung der Ischämie/Reperfusionsschädigung bei operativen Eingriffen an der Leber zu entwickeln.

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Aßmus, Ulrike Barbara: Untersuchungen zur Rolle von IKK[beta] und IKK[gamma] in akuten Schädigungsmodellen der Leber. Hannover 2004. Tierärztliche Hochschule.

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