Refine
Has Fulltext
- yes (81) (remove)
Is part of the Bibliography
- yes (81)
Year of publication
Document Type
- Journal article (80)
- Doctoral Thesis (1)
Keywords
- Biochemie (81) (remove)
Institute
- Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften (81) (remove)
Neutralizing monoclonal antibodies define two different functional sites in human interleukin-4
(1994)
Human interleukin-4 (IL-4) is a small four-helix-bundle protein which is essential for organizing defense reactions against macroparasites, in particular helminths. Human IL-4 also appears to exert a pathophysiological role during various IgE-mediated allergic diseases. Seven different monoclonal antibodies neutralizing the activity of human IL-4 were studied in order to identify functionally important epitopes. A collection of 41 purified IL-4 variants was used to analyse how defined amino acid replacements affect binding affinity for each individual mAb. Specific amino acid positions could be assigned to four different epitopes. mAbs recognizing epitopes on helix A and/or C interfered with IL-4 receptor binding and thus inhibited IL-4 function. However, other mAbs also inhibiting IL-4 function recognized an epitope on helix D of IL-4 and did not inhibit IL-4 binding to the receptor protein. One mAb, recognizing N-terminal and C-terminal residues, partially competed for binding to the receptor. The results of these mAb epitope analyses confirm and extend previous data on the functional consequences of the amino acid replacements which showed that amino acid residues in helices A and C of IL-4 provide a binding site for the cloned IL-4 receptor and that a signalling site in helix D interacts with a further receptor protein.
Receptor binding properties of four-helix-bundle growth factors deduced from electrostatic analysis
(1994)
Hormones of the hematopoietin class mediate signal transduction by binding to specific transmembrane receptors. Structural data show that the human growth hormone (hGH) forms a complex with a homodimeric receptor and that hGH is a member of a class of hematopoietins possessing an antiparallel 4-a-helix bundle fold. Mutagenesis experiments suggest that electrostatic interactions may have an important influence on hormonereceptor recognition. In order to examine the specificity of hormone-receptor complexation, an analysis was made of the electrostatic potentials of hGH, interleukin-2 (IL-2), interleukin-4 (IL-4), granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF), and the hGH and IL-4 receptors. The binding surfaces of hGH and its receptor, and of IL-4 and its receptor, show complementary electrostatic potentials. The potentials of the hGH and its receptor display approximately 2-fold rotational symmetry because the receptor subunits are identical. In contrast, the potentials of GM-CSF and IL-2 Iack such symmetry, consistent with their known high affinity for hetero-oligomeric receptors. Analysis of the electrostatic potentials supports a recently proposed hetero-oligomeric model for a high-affinity IL-4 receptor and suggests a possible new receptor binding mode for G-CSF; it also provides valuable information for guiding structural and mutagenesis studies of signal-transducing proteins and their receptors.
The effects of the interlenkins IL-7 and IL-9 on cell cycle progression were investigated by conventional [3H]thymidine incorporation and by the bivariate BrdU/Hoechst technique. 8oth IL· 7 and IL-9 drive phytohemagglutinin-activated T cells through more than one cell cycle, but IL-7 wasmorepotent on cell cycle progression than IL-9. Neither synergistic nor inhibitory effects were seen between various combinations of the lymphokines IL-7, IL-9 and IL-4 compared to each lymphokine alone. When T cells are activated with phytohemagglutinin for 3 days, all or most IL-4 responsive cells respond to IL-7 as weil, whereas only a part of IL-7 responders are IL-4 responders. In contrast, when T cells are activated with phytohemagglutinin for 7 days, the quantitative data of the cell cycle distribution soggest that the population of IL-7 responders is at least an overlapping, if not a real subset of the population of the IL-4 responders.
Monoclonal hBMP/NCP (human bone morphogenetic protein anrl associaterl noncollagenous proteins) antiborlies of the lgG class were prorlucerl. In vitro, 12 of 19 hBMP/NCP antiborlies showerl functional inhibition of hBMP/ NCP-induced chondroneogenesis in a neonatal muscle tissue assay. Inducing factors were characterized by their inhibiting antibodies with immunoblotting. Several peptide factors seem to be involved in the cascade of inducerl chondro- and osteogenesis.
Human interleukin-4 possesses two distinct sites for receptor activation. A signaHing site, comprising residues near the C-terminus on helix D, determines the efficacy of interleukin-4 signal transduction without affecting the binding to the interleukin-4 receptor a subunit. A complete antagonist and a series of low-efficacy agonist variants of human interleukin-4 could be generated by introducing combinations of two or three negatively charged aspartic acid residues in this site at positions 121, 124, and 125. One of the double variants, designated [R121D,Y124D]interleukin-4, with replacements of böth Arg121 and Tyr124 by aspartic acid residues was completely inactive in all analysed cellular responses. The loss of efficacy in [R121D,Y124D]interleukin-4 is estimated to be larger than 2000-fold. Variant [R121D,Y124D]interleukin-4 was also a perfect antagonist for inhibition of interleukin-13-dependent responses in B-cells and the TF-1 cellline with a K\(_i\) value of approximately 100 pM. In addition, inhibition of both interleukin-4-induced and interleuk.in-13- induced responses could be obtained by monoclonal antibody X2/45 raised against interleukin-4Rm the extracellular domain of the interleuk.in-4 receptor a subunit. These results indicate that efficient interleukin-4 antagonists can be designed on the basis of a sequential two-step activation model. In addition, the experiments indicate the functional participation of the interleukin-4 receptor a subunit in the interleukin-13 receptor system.
Interleukin-4 (IL-4) und Interleukin-13 (IL-13) sind bedeutende Regulatorproteine des Immunsystems. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung und dem Verlauf von allergischen Erkrankungen, wie z.B. Asthma. Um ihre Signale in die Zielzelle zu transduzieren, kann von beiden Zytokinen der gleiche Zelloberflächenrezeptor verwendet werden, wodurch sich die überlappenden, biologischen Funktionen erklären lassen. Dieser gemeinsam genutzte Rezeptor ist aus den beiden Untereinheiten IL-4Ralpha; und IL-13Ralpha1 aufgebaut. Da IL-4 und IL-13 auf Aminosäureebene nur etwa 25% Sequenzidentität besitzen und stark unterschiedliche Affinitäten zu den beiden Rezeptorketten besitzen, stellt sich die Frage, durch welchen molekularen Erkennungsmechanismus, die Affinität und die Spezifität der Ligand-Rezeptor-Interaktion unabhängig voneinander reguliert werden kann. In dieser Arbeit gelang es, rekombinante Expressions- und Aufreinigungsstrategien für IL-13 und die extrazellulären Domänen der Rezeptorketten IL-13Ralpha1 und IL-13Ralpha2 zu entwickeln. Dadurch war es mögliche, eine breite Mutations-/Interaktionsanalyse der IL-13Ralpha1-Kette durchzuführen.Es konnte gezeigt werden, dass die N-terminale FnIII-ähnliche Domäne von IL-13Ralpha1 sowohl an der Bindung von IL-13 als auch an der Interaktion mit IL-4 beteiligt ist. Im funktionellen Bindeepitop der IL-13Ralpha1-Kette wurden die Aminosäurereste Arg84, Phe253 und Tyr321 als Hauptbindungsdeterminanten für die Interaktion mit IL-13 identifiziert. Durch die Interaktionsstudien der IL-13Ralpha1-Varianten mit IL-4 wurde gezeigt, dass diese Hauptbindungsdeterminanten auch für die niederaffine Bindung von IL-4 von größter Bedeutung sind. Die funktionellen Bindeepitope für IL-4 und IL-13 auf der IL-13Ralpha1-Kette sind nahezu identisch und überlappen in einem großen Bereich. Aufgrund der Ergebnisse aus der Mutagenesestudie war es möglich, ein Strukturmodell der extrazellulären Domäne der IL-13Ralpha1-Kette zu erstellen. Darin wird eine neuartige Orientierung der N-terminalen FnIII-Domäne und deren Beteiligung an der Ligandeninteraktion dargestellt. Mit Hilfe des Strukturmodells gelang es, neue Aminosäurerest auf der Oberfläche von IL-13 zu identifizieren, die an der Bindung zu IL-13Ralpha1 beteiligt sind, was die Relevanz des Strukturmodells weiter unterstreicht. In einem weiteren Teil dieser Arbeit wurde versucht, den molekularen Mechanismus aufzuklären, durch den es den superagonistischen IL-4-Varianten T13D und F82D gelingt, mit dreifach höherer Affinität an die IL-4Ralpha-Kette zu binden, als wildtypischer Ligand. Durch strukturelle und funktionelle Untersuchungen wurde gezeigt, dass der Affinitätssteigerung ein indirekter Mechanismus zugrunde liegt, bei dem eine Konformationsänderung und die Fixierung der Arg85-Seitenkette von IL-4 zur Ausbildung von zusätzlichen Ligand-Rezeptor-Interaktionen führt. Das Bindeepitop zwischen IL-4 und der IL-4Ralpha-Kette besitzt eine modulare Architektur aus drei unabhängig voneinander agierenden Interaktionsclustern. Bei der Interaktion von wildtypischem IL-4 mit IL-4Ralpha tragen nur zwei dieser Cluster in signifikanter Weise zur freien Bindeenergie bei. Im Falle der superagonistischen IL-4-Varianten ist jedoch auch das dritte Cluster an der Generierung von zusätzlicher, freier Bindeenergie beteiligt, wodurch die Affinität zwischen Ligand und Rezeptor erhöht wird. Damit stellt der modulare Aufbau der Interaktionsfläche zwischen IL-4 und der IL-4Ralpha-Kette möglicherweise einen Mechanismus dar, über den Proteine die Affinität von Wechselwirkungen über einen großen Bereicht variieren können, ohne dabei Spezifität einzubüssen. Da IL-4 und IL-13 als interessante Zielmoleküle für die Therapie von allergischen und asthmatischen Erkrankungen erkannt worden sind, können die in der vorliegenden Arbeit gewonnenen Informationen über den Bindemechanismus und die Einblicke in den molekularen Charakter der Interaktion zwischen den beiden Zytokinen und ihren spezifischen Rezeptorketten dabei helfen, neuartige und hoch spezifische, inhibitorische Moleküle zu entwickeln.