Der nukleäre Transkriptionsfaktor PPARγ

Aufgrund der anti-inflammatorischen Wirkung von PPARγ-Agonisten lässt sich vermuten, dass CLA, als natürliche PPAR-Liganden (BOCCA et al. 2007), ihre immunmodulierenden Wirkungen, zumindest partiell, über die Aktivierung von PPAR entfalten. PPARγ wird von CLA in Konzentrationen im μ-molaren-Bereich aktiviert (BELURY 2002a) und in den Zellkern translokalisiert (BOCCA et al. 2007). Die Milzzellen aus CLA-gefütterten Hühnern zeigten eine erhöhte PPAR-mRNA Expression im Vergleich zu den Kontrolltieren (ZHANG et al. 2006). Die Behandlung von menschlichen Endothelzellen der Nabelvene mit verschiedenen Konzentrationen beider CLA-Isomere (c9, t11 oder t10, c12-CLA) führte zur Steigerung der DNA-Bindungsaktivität des Transkriptionsfaktors PPAR (NAKAMURA u. OMAYE 2009). In Makrophagen inhibieren CLA via PPARγ-Aktivierung die Expression der COX-2 und iNOS (induzierbare Stickstoffoxid-Synthese) sowie die Sekretion der Zytokine IL-1β, IL-6 und TNF-α (YU et al. 2002). Die anti-inflammatorischen Effekte von CLA in einem experimentellen Kolitis-Modell involvierten ebenfalls PPARγ (BASSAGANYA-RIERA u. HONTECILLAS 2006). Im Hinblick auf den Lipidstoffwechsel und die Insulinanfälligkeit zeigten CLA und Rosiglitazone, ein PPARγ-Agonist, einen additiven Effekt (LIU et al. 2007).

PPARγ ist ein Mitglied der Familie der Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPARs), die aus den bisher identifizierten Isoformen PPAR, PPAR/ und PPAR besteht und deren Aktivierung Ligand-abhängig ist (ZHANG u. YOUNG 2002; LAZAR 2005). Der Aufbau aller drei PPARs-Isoformen ist gleich (Abb. 4). Jeder Rezeptor besteht aus vier Domänen: einer Aktivierungsdomäne, einer Liganden-Bindungsdomäne, einer Hinge-Domäne und einer DNA-Bindungsdomäne (DIRADOURIAN et al. 2005). Der DNA-DNA-Bindungsdomäne folgt die Hinge-Domäne (HD), welche dem Protein eine Flexibilität hinsichtlich der Fähigkeit zur Liganden- und

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DNA-Bindung ermöglicht. Weiterhin ist diese Domäne auch in der Lage mit anderen Proteinen eine direkte Protein-Interaktion einzugehen (NOLTE et al. 1998).

Abb. 4: Schematische Darstellung der primären und tertiären Struktur von PPAR; aus GLASS und OGAWA (2006).

Jeder Rezeptor besteht aus vier Domänen: einer Aktivierungsdomäne, einer Liganden-Bindungsdomäne, einer Hinge-Domäne und einer DNA-Bindungsdomäne.

PPARs können durch unterschiedliche exogene sowie endogene Liganden aktiviert werden. Zu den wirksamsten endogenen Aktivatoren gehören Fettsäuren, Arachidonsäuremetaboliten (9-HODE, 13-(9-HODE, 8(S)-HETE) und Eicosanoide, insbesondere das Prostaglandin-Derivat 15- Deoxy-12,14-PGJ2 (FORMAN et al. 1997; KLIEWER et al. 1997; BISHOP-BAILEY 2000).

Arzneimittel, die bei einer Erkrankung an Diabetes mellitus eingesetzt werden, die Glitazone (Thiazolidinedione), besonders Troglitazone, Pioglitazone und Rosiglitazone, gehören zu den stärksten exogenen Aktivatoren von PPARγ (BISHOP-BAILEY 2000). Nach der Bindung an spezifische Liganden kommt es zu einer PPARγ Konformationsänderung, sodass eine Bindung an den Retinoid-X-Rezeptor (RXR) und die Bildung eines Heterodimers möglich wird (ESCHER u. WAHLI 2000). Dieser Komplex bindet dann spezifisch an eine genau definierte DNA-Sequenz von Gen-Promotoren, welche als Peroxisome-Proliferator-Response-Elemente (PPRE) bezeichnet werden. Hierdurch kommt es zur Transkription von bestimmten Genen mit vermehrter Bildung der entsprechenden Proteine (SCHOONJANS et al. 1996; AUWERX 1999). Ein sehr wichtiges Zielgen von PPARγ ist der auf Makrophagen exprimierte Rezeptor (CD36), welcher eine wichtige Rolle bei der Aufnahme von oxLDL (oxidized low density lipoprotein) in die Zelle und damit bei der Pathogenese der Atherosklerose spielt (NICHOLSON et al. 2001).

Neben seiner Funktion als Transkriptionsfaktor ist PPAR als Protein in der Lage, mit anderen nukleären Proteinen direkt zu interagieren und dadurch in verschiedene Signalwege einzugreifen (GLASS u. OGAWA 2006). Diese Funktion wird als Transcriptional repression bezeichnet, über die PPAR die Aktivität anderer Transkriptionsfaktoren blockieren kann (Abb. 5). Bisher wurden verschiedene Transrepressionsmechanismen identifiziert. Dazu gehört die Fähigkeit von PPAR,

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direkt an andere Transkriptionsfaktoren zu binden, wodurch ihre Translokalisation im Promotorbereich sowie die Genexpression regulierter Zielgene blockiert wird. Ein bekanntes Beispiel für diesen Mechanismus, der als cross coupling bezeichnet wird, ist die Hemmung der NFkB, NFAT (nuclear factor of activated T cell), AP-1(activated protein-1) und STAT (signal transducers and activator of transcription) vermittelten Genexpression (LEHRKE u. LAZAR 2005; VON KNETHEN et al. 2007). Für seine Funktion als Transkriptionsfaktor muss PPAR

Koaktivatoren (Nukleärproteine) binden, welche auch essentiell für die Aktivierung weiterer Transkriptionsfaktoren sind. Nach der Aktivierung von PPAR stehen diese Koaktivatoren anderen Transkriptionsfaktoren wie NFkB oder AP1 nicht mehr zur Verfügung, wodurch dessen Fähigkeit zur Induktion der entsprechenden Gene vermindert wird (KODERA et al. 2000; LI et al. 2000).

Abb. 5: Schematische Darstellung des Transrepressionmechanismus von PPARausGLASS u. OGAWA (2006).

PPARγ ist in der Lage andere Transkriptionsfaktoren wie NFkB über verschiedene Mechanismen zu blockieren.

Die Rolle von PPAR in Immunzellen

Die Expression von PPAR konnte in Monozyten (JIANG et al. 1998), Makrophagen (LEE et al.

2003a; BARISH et al. 2005), T-Zellen (CLARK et al. 2000), B-Zellen (SETOGUCHI et al.

2001), dendritischen Zellen (GOSSET et al. 2001) und neutrophilen Granulozyten (GREENE et al. 1995) nachgewiesen werden. Die Wirkungen von PPAR-Liganden auf den Phänotyp und die Funktion verschiedener Immunzellen wurden in vielen Studien untersucht. In Monozyten konnte

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die Aktivierung von PPAR die IFN--induzierte Produktion inflammatorischer Zytokine wie TNF-α, IL-6 und IL-1β reduzieren (JIANG et al. 1998) und führte außerdem zur Blockierung der induzierbaren NO-Synthase, Gelatinase B (einer Matrix-Metalloproteinase) und des Scavenger Rezeptor-A (RICOTE et al. 1998). Darüber hinaus wurde die Produktion chemotaktisch wirksamer Proteine wie MCP-1 (monocyte chemotactic protein,), VCAM (vascular cell adhesion molecule) oder ICAM (intracellular adhesion molecule) durch eine PPARγ-Aktivierung stark gehemmt (HOUSEKNECHT et al. 2002). Neue Untersuchungen weisen darauf hin, dass PPAR-Rezeptoren wichtige Funktionen in der Biologie dendritischer Zellen (DC) beeinflussen können (SZATMARI u. NAGY 2008). Die aus Monozyten differenzierten DC weisen eine erhöhte Expression von PPARauf (LE NAOUR et al. 2001). Die mit PPAR-Aktivatoren behandelten DC konnten stärker phagozytieren, jedoch weniger migrieren (APPEL et al. 2005). Es wurde gezeigt, dass PPAR-Liganden die Fähigkeit der DC, T-Zellen zu aktivieren, reduzieren, während die Abwesenheit von PPARγ die DC zu potenteren Antigen-präsentierenden und T-Zell-aktivierenden Zellen macht (SZATMARI et al. 2006). Die mit PPARγ-Agonisten behandelten humanen DC produzierten weniger IL-12 und TNF- und exprimierten weniger CD80, jedoch mehr CD86 auf ihrer Oberfläche (NENCIONI et al. 2002). Eine Studie konnte zeigen, dass die PPARγ-Aktivierung in murinen DC ihre Fähigkeit reduzierte, naive T-Zellen zu primen, und hingegen eine T-Zell-Anergie mit reduzierter Freisetzung von Th1 als auch Th2 Zytokinen induzierte (KLOTZ et al. 2007). Eine aktuelle Genexpression-Studie hat gezeigt, dass nach der Behandlung von DC mit PPAR-Liganden mehr als 100 Gene induziert werden. Während die meisten der früh aktivierten Gene im Lipidstoffwechsel beteiligt sind, wurden immunrelevante Gene erst nach 24 Stunden oder später (5 Tage) induziert. Dies deutet darauf hin, dass die PPAR-Aktivierung den Lipidstoffwechsel direkt, die Immunmechanismen jedoch indirekt beeinflusst (SZATMARI et al. 2007). Die Expression von PPAR konnte sowohl in CD4+ als auch CD8+ T-Zellen nachgewiesen werden (CUNARD et al. 2004). Die ruhenden T-Zellen zeigen eine moderate Expression von PPAR, welche jedoch nach Mitogen-Aktivierung der T-Zellen deutlich gesteigert werden konnte (TAUTENHAHN et al. 2003). Die Aktivierung von PPAR durch ihre Liganden kann in Zellen zur Hemmung der Proliferation als auch der T-Zell-Aktivierung führen, was auf die PPAR-vermittelten Transrepression der Transkriptionsfaktoren NFkB, NFAT und AP-1 zurückgeführt werden konnte (WANG et al.

2001; MARX et al. 2002; MARX et al. 2004). So wird z. B. die Produktion von IL-4 in CD4+ T-Zellen durch die Aktivierung von PPAR und ihre Bindung an NFAT gehemmt (CHUNG et al.

2003). Eine Liganden-induzierte PPAR-Aktivierung führte in murinen T-Zellen durch

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Interferenz mit dem Transkriptionsfaktor AP1 zur reduzierten IFN-Expression, was durch PPAR-Antagonisten wieder gesteigert werden konnte (CUNARD et al. 2004). In einer Studie von KLOTZ et al. (2009) wurde auf eine selektive Hemmung von Th17-Zellen durch PPAR-Aktivierung hingewiesen. So führte die PPAR-Aktivierung von T-Zellen mit Anti-CD3/CD28 Antikörpern in einer Kokultur mit APC in Anwesenheit des PPAR-Aktivators Pioglitazon zu einer Suppression von Th-17-Zytokinen (IL-17, IL-22, IL-21), während die TGF-β-vermittelte Induktion von Foxp3+ regulatorischen T-Zellen, die IL-4-vermittelte Ausdifferenzierung von Th2-Zellen oder die IL-12-induzierte Entwicklung von Th1-Zellen nicht beeinflusst wurden (KLOTZ et al. 2009). Eine physiologische Rolle für PPAR in der B-Zell-Physiologie ist durch eine erhöhte proliferative Antwort nach der Stimulation mit LPS oder nach der Überbrückung des B-Zellrezeptors sowie eine verbesserte antigenspezifische Immunantwort von B-Zellen aus PPAR-haplo-insufficient Mäusen (PPAR+/–) vermutet worden (SETOGUCHI et al. 2001).

Untersuchungen an murinen B-Zellen und in Zellkulturen ergaben eine pro-apoptotische und proliferative Wirkung von PPAR-Liganden (PADILLA et al. 2002). Neben der anti-inflammatorischen bzw. anti-proliferativen Funktion von PPARwurde auch die Induktion der Apoptose in Lymphozyten generell und speziell in T-Zellen gezeigt (HARRIS u. PHIPPS 2001;

NENCIONI et al. 2003; TAUTENHAHN et al. 2003). Dabei ist es entscheidend, ob die PPAR-Aktivierung während oder nach der T-Zell-PPAR-Aktivierung erfolgt. So konnte nach einer gleichzeitigen Inkubation von T-Zellen mit PPAR-Liganden und T-Zell-aktivierenden Substanzen wie PHA eine Hemmung der Proliferation, aber keine Apoptose-Induktion gezeigt werden (NENCIONI et al. 2003; TAUTENHAHN et al. 2003). Diese pro-apoptotische Funktion von PPARin Lymphozyten konnte auch unter Verwendung von PPAR-Antagonisten wie z. B.

GW9662 bestätigt werden (BODLES et al. 2006).

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