Meike Timmermann

• In der vorliegenden Arbeit wurde die zelluläre Regulation des monocyten-/ macrophagenspezifischen Oberflächenproteins CD163 untersucht und klinische Aspekte der löslichen Form des CD163 (sCD163) diskutiert. sCD163 wird in vivo durch einen inflammatorischen Reiz von der Zelloberfläche abgespalten. Bislang waren jedoch noch keine Mediatoren charakterisiert worden, die immer unter Entzündungsbedingungen vorhanden sind. In den eigenen Untersuchungen des Shedding von CD163 konnten für die Generierung des sCD163 neue endogene AktivatorenIn der vorliegenden Arbeit wurde die zelluläre Regulation des monocyten-/ macrophagenspezifischen Oberflächenproteins CD163 untersucht und klinische Aspekte der löslichen Form des CD163 (sCD163) diskutiert. sCD163 wird in vivo durch einen inflammatorischen Reiz von der Zelloberfläche abgespalten. Bislang waren jedoch noch keine Mediatoren charakterisiert worden, die immer unter Entzündungsbedingungen vorhanden sind. In den eigenen Untersuchungen des Shedding von CD163 konnten für die Generierung des sCD163 neue endogene Aktivatoren identifiziert werden. Sowohl reaktive Sauerstoffspezies, wie Wasserstoffperoxid oder Stickstoffmonoxid, als auch das Produkt von endogenen Oxidationsreaktionen mit reaktiven Sauerstoffspezies 8-iso Prostaglandin F2a erwiesen sich als potente Aktivatoren des Shedding von CD163. Neben den bekannten physiologischen Funktionen des 8-iso Prostaglandin F2a konnte erstmals eine neue Funktion bei Entzündungen definiert werden. Dieser Effekt wurde spezifisch durch 8-iso Prostaglandin F2a hervorgerufen, da das isomere Prostaglandin F2a unter gleichen Bedingungen keinen Einfluss auf das Shedding von CD163 ausübte. Das Immunsuppressivum Cyclosporin A konnte ebenfalls als Induktor des Shedding von CD163 ermittelt werden. Damit konnte zusätzlich zur bekannten immunmodulatorischen Wirkung des Cyclosporin A eine weitere antiinflammatorische Wirkung über Monocyten/Macrophagen aufgezeigt werden. Durch Untersuchungen der Inhibierung des Shedding von CD163 konnten Gemeinsamkeiten bezüglich der in die sCD163-Generierung involvierten Mediatoren dargestellt werden. Obwohl die untersuchten Verbindungen wahrscheinlich über unterschiedliche Signalwege das Shedding von CD163 induzieren, waren die Anwesenheit von reaktiven Sauerstoffspezies und intrazellulärem Calcium und die Beteiligung einer TIMP-3-sensitiven Metalloproteinase an diesem Prozess essentiell. Bei einem Vergleich zwischen dem Shedding von CD163 und Tumor necrosis factor-a (TNF-a) ergaben sich Gemeinsamkeiten durch die Induktion des Shedding beider Verbindungen durch 8-iso Prostaglandin F2a und in sehr viel geringerem Maße durch Wasserstoffperoxid. Im Gegensatz dazu waren deutliche Unterschiede in dem Ausmaß der induzierten Stimulation des Shedding durch Stickstoffmonoxid, Prostaglandin F2a und Cyclosporin A zu erkennen. Im Hinblick auf die entgegengesetzten Wirkungen von sCD163 als antiinflammatorisch wirkende Verbindung und TNF-a als proinflammatorisches Cytokin, konnte dargestellt werden, dass die Freisetzung durch unterschiedliche Aktivatoren erfolgt. Nach Bestimmung der Konzentrationen von sCD163 und 8-iso PGF2a in bronchoalveolärer Lavage-Flüssigkeit von Patienten mit Cystischer Fibrose konnten keine abschließende Aussagen über die Eignung beider Parameter als biologische Marker für chronische Entzündungen der Lunge bei diesen Patienten getroffen werden. Weiterführend zu der Kenntnis, dass sCD163 die antiinflammatorische Wirkung über eine Interaktion des Proteins mit humanen T-Lymphocyten und nachfolgender Hemmung der Proliferation dieser Zellen ausübt, wurde diese Wechselwirkung genauer untersucht. In quantitativen Bestimmungen des sCD163 in isolierten T-Lymphocyten verschiedener Spender konnte erstmals gezeigt werden, dass sCD163 zu einem Teil konstitutiv in die T-Lymphocyten aufgenommen wird und dass diese Aufnahme durch proinflammatorische Aktivierung der T-Lymphocyten stark gesteigert werden kann. Durch fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen unstimulierter T-Lymphocyten konnte die intrazelluläre Lokalisation des sCD163 visualisiert werden. Nach Aktivierung der Zellen mit einem proinflammatorischen Reiz fand innerhalb der Zellen eine Translokalisation des sCD163 aus dem cytoplasmatischen Bereich zur Zellmembran statt. Damit konnte erstmals gezeigt werden, dass abhängig vom Aktivierungsstatus der T-Lymphocyten eine Umverteilung des sCD163 innerhalb der Zellen erfolgt. Eine quantitative Bestimmung des sCD163 und seines Bindungspartners in T-Lymphocyten nichtmuskuläres Myosin Typ IIA gelang mittels eines neu entwickeltem ELISA, der spezifisch sCD163 und Myosin ausschließlich im Komplex erfasst. Damit konnte durch die in dieser Arbeit beschriebenen Untersuchungen ein grundlegender Beitrag zur Charakterisierung der Regulation der Proteinexpression und des Shedding von CD163 in humanen Monocyten sowie der Interaktion des sCD163 mit T-Lymphocyten geleistet werden.…
• In the present thesis, cellular regulation of the monocyte/macrophage specific membrane protein CD163 was investigated and clinical aspects of the soluble form of CD163 (sCD163) were discussed. sCD163 is shed from the cell surface in vivo upon an inflammatory stimulus. So far no mediators had been characterized that are persistently present under inflammatory conditions. In the present investigation of the shedding of CD163, new endogenous activators for the generation of sCD163 were successfully identified. Both reactive oxygen species, asIn the present thesis, cellular regulation of the monocyte/macrophage specific membrane protein CD163 was investigated and clinical aspects of the soluble form of CD163 (sCD163) were discussed. sCD163 is shed from the cell surface in vivo upon an inflammatory stimulus. So far no mediators had been characterized that are persistently present under inflammatory conditions. In the present investigation of the shedding of CD163, new endogenous activators for the generation of sCD163 were successfully identified. Both reactive oxygen species, as hydrogen peroxide or nitric monoxide, and the product of endogenous oxidative reactions 8-iso prostaglandin F2a turned out to be potent activators of the shedding of CD163. In addition to the known physiological functions of 8-iso prostaglandin F2a a novel function of this compound in inflammation was defined. This effect was specifically generated by 8-iso prostaglandin F2a as prostaglandin F2a did not influence the shedding of CD163 under the same conditions. The immunosuppressive drug cyclosporine A was also established as an inductor of the shedding of CD163. Accordingly, another anti-inflammatory effect via monocytes/macrophages was pointed out in addition to the well known immunomodulatory effects of cyclosporine A. Investigations of the inhibition of shedding of CD163 led to the identification of key mediators involved in the generation of sCD163. Even though the tested compounds may induce shedding via different signal transduction pathways, the presence of reactive oxygen species and intracellular calcium and the involvement of a TIMP-3 sensitive metalloproteinase were essential in this process. The tested activators revealed different abilities for inducing the formation of reactive oxygen species. Comparing shedding of CD163 and tumor necrosis factor-a (TNF-a), similarities in induced shedding by 8-iso prostaglandin F2a and to a lower extend by hydrogen peroxide were seen. In contrast, significant differences were recognized in the extent of shedding induced via stimulation by nitric oxide, prostaglandin F2a, and cyclosporine A. With regard to the opposite effects of sCD163 as an anti-inflammatory compound and TNF-a as a pro-inflammatory cytokine it was demonstrated that shedding occurred via induction by different activators. The determination of concentrations of sCD163 and 8-iso prostaglandin F2a in bronchoalveolar lavage fluid of patients with cystic fibrosis allowed no conclusive statement about the suitability of both parameters as marker for chronic inflammation. In extension to earlier insights in the anti-inflammatory effects of sCD163 via interaction of the protein with human T-lymphocytes and subsequent inhibition of the proliferation of these cells these interactions were analyzed in detail. Quantifications of sCD163 in isolated T-lymphocytes from different donors revealed for the first time that sCD163 is constitutively taken up into T-lymphocytes and that this process can significantly be enhanced by pro-inflammatory activation of T-lymphocytes. The intracellular localization of sCD163 was visualized by fluorescence microscopy of T-lymphocytes. Upon activation of the cells by a pro-inflammatory stimulus a translocalization of sCD163 was observed within the cells from the cytoplasmatic region to the cell membrane. Thus, it was shown for the first time that an activation dependent translocalization of sCD163 occurs within the T-lymphocytes. The quantitative determination of sCD163 and non-muscular myosin type IIA as its intracellular binding partner in T-lymphocytes was successful using a newly developed ELISA that detects specifically sCD163 and myosin as a complex. To conclude, the investigations described in this thesis contributed substantially to the understanding of the regulation of the protein expression and shedding of CD163 in human monocytes and of the interaction of sCD163 with T-lymphocytes.…