2.5 Beschreibung der untersuchten Zytokin-codierenden Gene
2.5.2 Interleukin-6-Gen (IL-6)
-330 “
Nierentransplantat-abstoßungsreaktion Periodontale Krankheit
MORGUN et al. (2003) SCAREL-CAMINAGA et al.
(2002)
SNP (T/G) -174 “ JOHN et al. (1998) SNP (A/G) +122 Rheumatoide Arthritis KHANI-HANJANI (2001)
Merkmalsausbildung bei IL-2-Knock-Out-Mäusen
SCHORLE et al. (1991) beschrieben IL-2-Knock-Out-Mäuse (IL2tm1Hor), die normale lymphoide Organe und Lymphozytenpopulationen entwickelten und eine nur geringgradig verminderte T-Zell-Antwort gegenüber viralen Infekten aufwiesen (KUNDIG et al., 1993). Nach vier Wochen erkrankten diese Tiere jedoch an einer autoimmunen hämolytischen Anämie, woran ca. 50 % der Knock-Out-Tiere im Alter von neun Wochen starben (HORAK et al., 1995). Die überlebenden Tiere litten an einer entzündlichen Darmkrankheit, was möglicherweise aus einer Überreaktion des Immunsystems auf die normale Darmflora resultiert (SADLACK et al., 1993). Es kommt hierbei zu einer Überproduktion von CD4+ T-Zellen, was eventuell die Folge einer gestörten Regulation der T-Zell-Entwicklung zugunsten einer Th1-dominierten Antwort ist (LUDVIKSSON et al., 1997).
2.5.2 Interleukin-6-Gen (IL-6)
Bisher ist für IL-6 beim Schwein lediglich die mRNA beschrieben worden, so dass sich die folgenden Ausführungen auf Untersuchungen des murinen und humanen Gens stützen.
Genomische Struktur und Genprodukte
Das porcine IL-6 liegt auf dem Chromosom 9. Durch In-situ-Hybridisierung wurde der chromosomale Bereich auf 9 q14-q15 eingegrenzt (BRUCH et al., 1996;
RETTENBERGER et al., 1996).
IL-6 besteht bei Mensch und Maus aus fünf Exons und vier Introns (YASUKAWA et al., 1988; TANABE et al., 1988); es weist zwischen den beiden Spezies eine große Ähnlichkeit auf (Abb. 5). Die Homologie in den codierenden Abschnitten beträgt ca. 60
%, während die 3’-flankierende Region, 300 bp der 5´-flankierenden Region und die 5’-UTR hochkonserviert sind (Homologie > 80 %). Der 3´-Bereich, der für die mRNA-Stabilität verantwortlich ist, weist sogar Homologien bis zu 100 % auf (TANABE et al., 1988). Auch in den Intronbereichen findet man Abschnitte hoher Homologie zwischen den Spezies. Außerdem enthält der 5´-Bereich des Gens beider Spezies die gleichen Response-Elemente (TANABE et al., 1988).
Das 3’-Ende von Exon 1 und der Beginn von Exon 2 codieren im IL-6 die Aminosäuren Nr. 63 bis 113, welche für die Rezeptorbindung zuständig sind (KALAI et al., 1997;
SIMPSON et al., 1997).
Transkription und Regulation
Die IL-6-Expression wird größtenteils über die Transkriptionsfaktoren NFIL-6, NFκB, AP1 und CRE-BP reguliert (Abb. 6). Die Region –180 bis –123 bp scheint für die Transkriptionsinduktion als Antwort auf virale Infektionen, Second Messenger und andere Zytokine, wie IL-1 oder TNF-α, von Bedeutung zu sein (RAY et al., 1988;
ISSHIKI et al., 1990). Die Aktivierung der Transkription erfordert die synergistische Aktivität von NFIL-6 (-158 bis -145 bp) und NFκB (-73 bis -64 bp) (MATSUSAKA et al., 1993; RAY und PREFONTAINE, 1994). ARMENANTE et al. (1999) identifizierten durch Footprint-Analysen zusätzlich zwei potenzielle Bindungsstellen für den Transkriptionsfaktor SP-1. In Tab. 6 sind die Sequenzmotive für die Transkriptionsfaktoren sowie die Positionen ihrer Response-Elemente in der 5’-flankierenden IL-6-Region aufgeführt.
Mensch
Maus
Abb. 5: Vergleichende Darstellung der murinen und humanen Genstruktur des IL-6 (modifiziert nach TANABE et al., 1988)
Die Exons werden mit Rechtecken wiedergegeben, wobei die codierenden Bereiche (CDS) schwarz, nicht-codierende (5’- und 3’-UTR) hingegen weiß dargestellt sind. Die Zahlen der Basenpaare verweisen auf die Längen der entsprechenden Abschnitte. Die Homologien der Nukleotidsequenzen sind: Exon 1: 74 %; Exon 2: 59 %; Exon 3: 69 %;
Exon 4: 65 %; Exon 5: 65 %.
Abb. 6: Transkriptionsfaktoren und Response-Elemente in der 5’-flankierenden Region des humanen IL-6 (modifiziert nach GRASSL et al., 1999; TERRY et al., 2000)
Zu den Bezeichnungen der Transkriptionsfaktoren und Response-Elemente siehe Tab. 3, S. 25ff.
165 bp
706
5’
1737 bp
154 1047
19 191 114 147
3’
185 19
5’ 3’
1261 bp
162 1253 2981
165 bp
150 114
3’
5’ CRE-BP1 NFκB TBP
TATA-Box GR
GRE
-557 -26 bp
AP1 GRE TRE
GR NF-IL6
Tab. 6: Bindungsmotive in der 5’-flankierenden Region des IL-6 nach Angaben von YASUKAWA et al. (1987), TANABE et al. (1988), ARMANENTE et al.
(1999) und TERRY et al. (2000) Response-Element
Trans-
kriptions-faktor 1) Name 1) Position
(bp) Sequenz 3)
GR GRE -557 bis -552 AGAAC
GR GRE -466 bis -461 AGAAC
AP1 TRE -283 bis -277 TGAGTCA
- MRE -173 bis -145 ATGCTAAAGGACGTCACATTGCAACAATCT
CRE-BP1 CRE -163 bis -157 ACGTCA
NFIL-6 GRE -158 bis -145 ACATTGCACAATCT SP-1 GC-Box -124 bis -119 CCACC
SP-1 GC-Box -104 bis -108 CCACC
NFκB N-BS 2) -73 bis -64 GGGATTTTCC TBP TATA-Box -51 bis -45 AATATTA TBP TATA-Box -28 bis -21 TAAATATA
1) Vgl. Tab. 3, S. 25ff.
2) N-BS: NFκB-binding site.
3) Es werden die Sequenzen von den in der Tabelle genannten Autoren angegeben.
-: Keine Bezeichnung.
DNA-Varianten und ihre Wirkung auf Merkmalswerte
Es sind viele DNA-Varianten im IL-6 bekannt. Beispielsweise wurden in Sequenzen der Datenbanken für das humane IL-6-Gen durch vergleichende Alignments mehrere Varianten gefunden (Genbank Acc.No. Y00081) (Beispiele: ein zusätzliches T an Position –584 bp, zwei zusätzliche G an Position +117 bp, ein AAGG-Insert an Position +154 bp, eine C – A Substitution an Position +158 bp, ein CG anstelle von GC an Position +165/166 bp, ein zusätzliches C an Position +204 bp, T - A Substitutionen an den Positionen +431 bp und +506 bp, ein C-Insert an +465 bp, eine C-Deletion an +471 bp, ein TGC-Insert an Position +478 bp sowie ein CC-Insert an Position +490 bp).
Polymorphismen im 5’-flankierenden Bereich von IL-6 können auf die Transkriptionsrate wirken und damit die Konzentration des Proteins beeinflussen. Hierdurch sind die Beobachtungen von Zusammenhängen zwischen IL-6-Varianten und der
Empfänglichkeit gegenüber einer breiten Palette an Krankheiten zu interpretieren, die in Tab. 7 zusammengefasst sind. Beispielsweise beeinflusst beim Menschen ein Polymorphismus an Position –174 bp (G → C) die IL-6-Transkription und tritt zugleich mit der juvenilen Arthritis assoziiert auf (FISHMAN et al., 1998). Diese DNA-Variante liegt im MRE-Bereich (siehe Abb. 6, S. 40), so dass ein Einfluss auf die Transkriptionsregulation zu erklären ist.
Tab. 7: DNA-Varianten im 5’-flankierenden Bereich des humanen IL-6 und ihre Assoziationen mit Merkmalswerten
Transkriptionsrate TERRY et al. (2000)
SNP G/C -572 Chronische
erythematodes SCHOTTE et al. (2001)
Minisatellit
-(3’-UTR)
Multiple Sklerose VANDENBROECK et al.
(2000)
IL-6-Knock-Out-Mäuse zeigten eine reduzierte T-Zell-abhängige Antikörperantwort (KOPF et al., 1994). Daraus resultierte eine hochgradig verschlechterte Immunantwort auf virale Infektionen. IL-6-defiziente Mäuse besaßen 20 – 40 % weniger Thymozyten
und periphere T-Zellen als Kontrolltiere (LA FLAMME und PEARCE, 1999). LeBLANC et al. (1999) wiesen nach, dass IL-6-Knock-Out-Mäuse empfänglich gegenüber einer Infektion mit Herpes Simplex Virus (HSV) sind. Bei diesen Tieren lag die Sterberate nach experimenteller HSV-Infektion bei 93 %, während 40 % der Wildtyp-Mäuse die Infektion überlebten.