Charakterisierung der Wirkung von GM-CSF auf Arginase I und induzierbare NO-Synthase in Alveolar-Makrophagen

Abstract

Der induzierbaren NO-Synthase dient L-Arginin als Substrat für die Synthese großer Mengen des zytotoxischen Stickstoffmonoxids im Rahmen der unspezifischen Immunität gegenüber einer Vielzahl von Pathogenen. Die Arginase hingegen verstoffwechselt L-Arginin zu L-Ornithin, dem Ausgangspunkt für die Synthese von L-Prolin und somit von Kollagen und alternativ für die Synthese von Polyaminen als Regulatoren von Proliferationsprozessen.<br /> Das multifunktionale Zytokin GM-CSF ist ein zentraler Regulator der Granulozyten- und Makrophagen-Linien und speziell in der Lunge ein wesentlichen Mediator der Immunaktivie-rung im Rahmen der unspezifischen Abwehrreaktion gegenüber Pathogenen. Eine verstärkte Expression von GM-CSF als Reaktion auf diverse Aeroallergene scheint jedoch eine bedeu-tende Rolle in der Pathogenese des allergischen Asthma zu spielen.<br /> Vor diesem Hintergrund stand die Charakterisierung des Effektes von GM-CSF auf Argina-se I und iNOS in Alveolarmakrophagen im Blickpunkt der vorliegenden Arbeit. Hierzu wur-den primäre Alveolarmakrophagen der Ratte in Gegenwart von GM-CSF inkubiert und der Effekt auf die Expression sowie die Aktivität beider Enzyme mittels RT-PCR bzw. Enzym-Assays bewertet.<br /> Bereits in unstimulierten Alveolarmakrophagen ließ sich auf funktioneller Ebene eine basale Aktivität sowohl der Arginase I als auch der iNOS beobachten. Inkubation mit GM-CSF führ-te zu einer konzentrationsabhängigen Steigerung der Arginase-Aktivität vergleichbar mit der unter Stimulation durch LPS. Ebenso vermochte GM-CSF die Aktivität der iNOS zu steigern, gleichwohl das Ausmaß der Induktion deutlich geringer ausfiel als nach Stimulation durch LPS.<br /> Die Unterdrückung des GM-CSF-Effekts auf die Aktivität beider Enzyme durch Dexametha-son sowie PTLD und TLCK belegt eine Beteiligung des Transkriptionsfaktors NF-κB an der intrazellulären Signaltransduktion nach Aktivierung des GM-CSF-Rezeptors. Die Hemmung der GM-CSF-induzierten iNOS-Expression durch Dexamethason ließ sich auch auf Ebene der mRNA-Synthese bestätigen. Im Gegensatz dazu konnte eine Unterdrückung der Arginase I-Expression durch Dexamethason nicht beobachtet werden.<br /> Um zu prüfen, in wie weit Histon-Acetyl-Transferasen an der GM-CSF-induzierten Gen-transkription beteiligt sind, wurden RAM in Gegenwart von GM-CSF und dem globalen HAT-Inhibitor Anacardic Acid inkubiert. In dieser Konstellation zeigte sich ein signifikanter Rückgang der Aktivität beider Enzyme. Überraschender Weise ließ sich dieser Effekt jedoch nicht auf Ebene der Gentranskription beobachten. Möglicherweise war der Versuchsaufbau nicht geeignet, einen eventuellen Anacardic Acid-Effekt aufzuzeigen. Ebenso wenig auszu-schließen ist allerdings auch ein posttranskriptioneller bzw. posttranslationaler Ansatzpunkt der Anacardic Acid. Weiterführende Versuchsreihen zum Acetylierungsstatus der beiden Gen-Loci sind notwendig, um die Bedeutung der Histon-Acetyl-Transferasen für die Transkription der Arginase I und iNOS näher zu beschreiben.<br /> Die vorliegende Arbeit zeigt, dass GM-CSF in Alveolarmakrophagen der Ratte die beiden Enzyme Arginase I und iNOS parallel zu induzieren vermag. In dieser Konstellation ist anzu-nehmen, dass in der Lunge zum einen vermehrt das zytotoxische Stickstoffradikal Peroxy-nitrit gebildet wird. Parallel dazu sollte durch Arginase I die Synthese von Kollagen sowie von Polyaminen, und dadurch bedingt das Remodeling der Atemwege im Rahmen des Asth-ma bronchiale induziert werden. Der durch die beiden Enzyme vermittelte Effekt von GM-CSF auf Kollagensynthese und Zellproliferation in den Atemwegen wurde im Rahmen dieser Arbeit nicht untersucht, stellt aber einen interessanten Ansatzpunkt für weiterführende Versuchsreihen dar.