Mithilesh Kumar Jha

• Elevation of intracellular cAMP in T lymphocytes, induced by agents such as IL-1α, prostaglandins or forskolin, inhibits Th1-type cytokine production but stimulates Th2-type cytokine production. The signaling pathway engaged in cAMP-mediated induction of Th2 lymphokines remains obscure and therefore my doctoral work was focused on the elucidation of cAMP pathway in primary Th lymphocytes. While forskolin treatment of EL-4 cells led both to an activation of Th2 lymphokines and inhibition of Th1 lymphokines, ectopic expression ofElevation of intracellular cAMP in T lymphocytes, induced by agents such as IL-1α, prostaglandins or forskolin, inhibits Th1-type cytokine production but stimulates Th2-type cytokine production. The signaling pathway engaged in cAMP-mediated induction of Th2 lymphokines remains obscure and therefore my doctoral work was focused on the elucidation of cAMP pathway in primary Th lymphocytes. While forskolin treatment of EL-4 cells led both to an activation of Th2 lymphokines and inhibition of Th1 lymphokines, ectopic expression of catalytically active PKA stimulated Th2 lymphokines but failed to inhibit Th1 lymphokine expression. Thus, the PKA activity is selectively involved in the stimulation of Th2 lymphokine expression whereas other cAMP-dependent pathway(s) appears to downregulate Th1 lymphokines. By investigating different types of primary murine Th cells, it was found that active PKA enhanced IL-5 expression only in Th0 and Th2 but not in Th1 cells. This is likely due to the different levels of GATA-3 whose expression is high in Th2, moderate in Th0 and very low in Th1 cells. Ectopic expression of GATA-3 in Th1 cells induced Th2 lymphokine expression which could be further enhanced by increased cAMP levels or PKA activity. Investigations on the role of increased cAMP levels on Th2 lymphokines in D10 cells, a Th2-type cell line, led to the conclusion that elevated cAMP concentrations do not stimulate PKA but p38 activity which, through phosphorylation of GATA-3, appeared to induce IL-5 and IL-13 expression (Chen et al., 2000). While focusing on primary Th lymphocytes, it was observed that expression of the catalytic subunit α of PKA is sufficient for optimal IL-5 expression in primary Th0 cells. In addition, downregulation of IL-5 production in primary Th2 cells by the treatment with low concentrations of H-89, a PKA specific inhibitor, as well as by the ectopic expression of a negatively acting version of regulatory PKA subunit I demonstrates that active PKA plays an important role in IL-5 gene regulation. These findings using different types of primary CD4+ T lymphocytes, including Th2 cells, the one likely to represent the native IL-5 producers in vivo, demonstrates that the adenylyl cyclase/cAMP/PKA signaling pathway plays an important role in IL-5 gene expression in primary Th2 cells. Thus the importance of cAMP/PKA signaling pathway in Th2 effector function was established during this doctoral research work.…
• Die durch Agentien wie IL-1α, Prostaglandine oder Forskolin induzierte Erhöhung von intrazellulärem zyklischem Adenosin-Monophosphat (cAMP) in T-Lymphozyten inhibiert die Synthese Th1-typischer Zytokine und stimuliert die Synthese Th2-typischer Zytokine. Die für die cAMP-vermittelte Induktion von Th2-Zytokinen verantwortlichen Signaltransduktionskaskaden sind bisher nur unvollständig aufgeklärt. Deshalb konzentrierte sich meine Dissertation auf die Erforschung des cAMP-Signalweges in primären T-Helferzellen. Während die Induktion murinerDie durch Agentien wie IL-1α, Prostaglandine oder Forskolin induzierte Erhöhung von intrazellulärem zyklischem Adenosin-Monophosphat (cAMP) in T-Lymphozyten inhibiert die Synthese Th1-typischer Zytokine und stimuliert die Synthese Th2-typischer Zytokine. Die für die cAMP-vermittelte Induktion von Th2-Zytokinen verantwortlichen Signaltransduktionskaskaden sind bisher nur unvollständig aufgeklärt. Deshalb konzentrierte sich meine Dissertation auf die Erforschung des cAMP-Signalweges in primären T-Helferzellen. Während die Induktion muriner EL-4 T-Zellen mit Forskolin sowohl zur Aktivierung Th2-typischer als auch zur Inhibierung Th1-typischer Lymphokine führt, kann die ektopische Expression einer katalytisch aktiven Proteinkinase A (PKA) zwar die Synthese von Th2-typischen Lymphokinen stimulieren, nicht jeder die Expression Th1-typischer Lymphokine inhibieren. Dies bedeutet, dass die Aktivierung von PKA selektiv an der Stimulation der Th2-Lymphokinexpression beteiligt ist, während andere, cAMP-abhängige Signaltransduktionswege zur Inhibierung Th1-typischer Lymphokine führen. Durch vergleichende Analysen verschiedener Th-Zellen konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass durch aktive PKA in Th0- und Th2, nicht jeder in Th1-Zellen die Expression von IL-5 erhöht wird. Dieses Phänomen ist wahrscheinlich auf die unterschiedliche Konzentration des Transkriptionsfaktors GATA-3 zurückzuführen. So kommt GATA-3 in Th2-Zellen in hoher, in Th0-Zellen in geringerer und in Th1-Zellen in sehr geringer Konzentration vor. Die ektopische Expression von GATA-3 in Th1-Zellen induziert die Synthese Th2- typischer Lymphokine, die durch erhöhte cAMP-Konzentration oder durch aktive PKA noch verstärkt werden kann. Untersuchungen bezüglich des Einflusses erhöhter cAMP-Spiegel auf Th2- Lymphokine in der Th2-Zelllinie D10 zeigten, dass erhöhte cAMP-Konzentrationen nicht die PKA-Aktivität, sondern vielmehr die Aktivität der p38-Kinase stimuliert. Diese Aktivierung führt zur Phosphorylierung von GATA-3 und dadurch zur Induktion der IL-5- und IL-13-Expression (Chen et al., 2000). In primären T-Helferzellen, die im Mittelpunkt der hier vorgelegten Arbeit standen, konnte beobachtet werden, dass bereits die Expression der katalytischen Untereinheit α der PKA ausreichend für eine optimale IL-5-Expression in Th0-Zellen ist. Die Beobachtung, dass primäre Th2-Zellen sowohl auf die Behandlung mit dem spezifischen PKA-Inhibitor H-89 als auch auf die ektopische Expression der negativ wirkenden Untereinheit 1 der PKA mit signifikant verminderter IL-5-Produktion reagierten, unterstreicht die wichtige Rolle aktiver PKA bei der Regulation des IL-5 Gens. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit durch die Untersuchung verschiedener primärer CD4+ T-Lymphozyten, einschließlich der auch in vivo IL-5 produzierenden Th2-Zellen, gezeigt werden, dass der Adenylzyklase/cAMP/PKASignaltransduktionsweg bedeutend für die IL-5 Genexpression in primären Th2-Zellen und somit auch wichtig für deren Effektorfunktion ist.…