The lectin-like TNF Domain : role in Experimental Models of Pulmonary Edema Reabsorption and Trypanosoma brucei Infection

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Datum
2004
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Leja, Astrid
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Die Rolle der lektin-artigen TNF-Domäne bei der Resolution von Lungenödemen und in der experimentellen Trypanosomiasis
Forschungsvorhaben
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Zeitschriftenheft
Publikationstyp
Dissertation
Publikationsstatus
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Erschienen in
Zusammenfassung

Apart from the interaction with its two receptors, TNF also exhibits a lectin binding capacity for specific oligosaccharides. Although the lectin-like region has been reported to be functionally and spacially separate from the interaction sites with the receptors a role of this TNF domain in the signal transduction of soluble TNF via TNFR2 was suggested. Therefore, using mouse fibroblasts stably expressing receptor chimeras derived from the extracellular domain of the two human TNF receptors and the intracellular death domain of human Fas (MF-R1-Fas/MF-R2-Fas), the involvement of the lectin-like domain in TNFR1/TNFR2 activation of soluble and transmembrane TNF was further investigated. Hence, the lectin-like domain of TNF was shown to be involved in the activation of TNFR2 by both soluble TNF and transmembrane TNF. However, a role of this TNF region in TNFR1 mediated signal transduction could be ruled out, since the induction of TNFR1 by the triple-mutant of TNF, lacking the lectin-like activity of the cytokine, was similar to that of wt TNF.
The capacity of TNF to promote lung edema reabsorption and the ability to directly kill the bloodstream forms of African trypanosomes in vitro has been linked to the lectin-like domain of the cytokine. Thus, a peptide mimicking this TNF region, the so-called tip-peptide, exerts both activities as well. To further investigate the function of the lectin-like domain in vivo under physiological and pathological conditions, triple-mutated TNF knock-in-mice (B6-TNFTM1.1Blt), expressing TNF that lacks the trypanolytic activity of the cytokine, have been generated. These mice are viable and fertile. Moreover, the processing of the cytokine is not drastically changed.
An in vivo flooded mouse lung model was established to observe the role of the lectin-like domain in lung liquid clearance. Hence, there was no indication for a role of this TNF domain in the regulation of intrapulmonary liquid reabsorption. Moreover, although for human tip-peptide an induction of lung liquid clearance has been reported in rats, no significant effect on edema reabsorption could be detected in the mouse model. This observation was independent of the mouse strain and of the dose and the species specific sequence of the peptide (human, murine).
However, the lectin-like domain participates in the host-parasite interrelationship during experimental Trypanosoma brucei infections in vivo. Infection of triple-mutant k.i. mice resulted in increased parasitemia levels and infection associated pathology, when compared to wt mice. In TNFR2-deficient mice, lacking a soluble TNFR2 mediated neutralization of TNF, these effects were even more pronounced. Accordingly, it is concluded that the trypanolytic activity of TNF that was found in vitro does not seem to play an ascertainable role in this context. Rather the involvement of TNF in the pathway of immunosuppression caused by T. brucei or indirect host responses could be a reason for the relatively high parasitemia recorded in TNFR2 deficient mice. Keeping in mind that the triple-mutant of TNF displayed a reduced TNFR2-mediated bioactivity as compared to wt TNF, the increased cachexia observed in triple-mutated k.i. mice could be attributed to reduced interactions between TNF and the neutralizing soluble TNFR2.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Neben seiner Eigenschaft an die TNF-Rezeptoren zu binden, besitzt das TNF-Molekül eine lektin-artige Affinität für Chitobiose und Trimannosen. Diese Bindungsstelle ist räumlich von der Rezeptorbindungsdomäne getrennt und wird als Tip-Domäne bezeichnet. Für die Funktion der lektinartigen Domäne sind drei Aminosäuren essentiell. Zur Analyse der Tip-Region wurden durch den Austausch dieser Aminosäuren loss of Mutanten generiert.
Es gibt Hinweise für eine Beteiligung der Tip-Domäne bei der Aktivierung des TNFR2. Aus diesem Grund wurde die Funktion dieses TNF Abschnitts in der vorliegenden Arbeit näher untersucht. Da die biologische Wirkung der Signaltransduktion des nativen TNFR2 nur schwer erfassbar ist, wurden Zellinien verwendet, die die extrazelluläre TNFR-Domäne und einen intrazellulären Teil des Fas-Rezeptors stabil exprimieren. Anhand dieser Rezeptorchimeren konnte belegt werden, daß für eine effektive Induktion des TNFR2 eine intakte Tip-Domäne essentiell ist. Die Mutation dieses TNF-Bereiches hat bezogen auf die Aktivierung des TNFR1 dagegen keine Konsequenz.
Durch bisher wenig geklärte Mechanismen fördert TNF über seine Tip-Domäne die Resolution von Lungenödemen und induziert in vitro die Lyse von afrikanischen Trypanosomen. Für die genauere Untersuchung der Funktion des Tip-Gebietes in vivo wurden im Rahmen dieser Arbeit dreifach-mutierte k.i. Mäuse generiert (B6-TNFTM1.1Blt). Es zeigte sich, daß der mutationsbedingte Funktionsverlust der lektinartigen Domäne keinen Einfluß auf die Vitalität und Fertilität der Tiere hat. In dem im Rahmen dieser Arbeit etablierten in vivo flooded Lung-Modell wurde kein Hinweis für eine Beteiligung der Tip-Domäne an der Flüssigkeitsresorption aus der Lung erhalten. Da auch synthetische Tip-Peptide unabhängig von ihrer speziesspezifischen Sequenz (Mensch, Maus) und den verwendeten Mausstämmen (C57Bl/6, BALB/c) keinen signifikanten Effekt zeigten, kann die Funktion der Tip-sequenz bei der Ödemresorption in der Maus nicht bestätigt werden.
Im Gegensatz zur Ödemresorption zeigen die aus den Versuchen zur experimentellen Trypanosomiasis erhobenen Daten eine Rolle der Lektin-Domäne bei der gegenseitigen Wechselwirkung zwischen Wirt und Parasit an. Infizierte k.i. Mäuse wiesen im Vergleich zu wt Mäusen eine erhöhte Parasitämie und eine ausgeprägte Pathologie auf. Da diese Symptome ebenfalls bei TNFR2 k.o. Mäusen auftraten, wird hier einerseits eine Rolle der Tip-Domäne bei der TNFR2 vermittelten Signaltransduktion und Wirkung in diesem Modell postuliert. Andererseits scheint eine direkte Interaktion von TNF und Parasit für die Immunabwehr unwesentlich. Unter Einbeziehung der in vitro erhaltenen Befunde einer durch die Tip-Mutationen beeinträchtigten TNFR2 Stimulation wurde somit hier der Hinweis auf eine essentielle Rolle dieses Rezeptors und die damit verbundene Wirkung der lektinartigen Domäne des TNF erhalten.
In der gegenseitigen Wechselwirkung zwischen Wirt und Parasiten im Verlauf von Trypanosoma brucei Infektionen in vivo jedoch, ist die Lektin-Domäne involviert. In TNFR2 k.o. Mäusen, in denen TNF nicht durch löslichen TNFR2 neutralisiert werden kann, waren diese Befunde sogar noch verstärkt. Daraus wurde gefolgert, dass die trypanolytische Aktivität von TNF in vitro in diesem Zusammenhang keine nennenswerte Rolle spielt. Eine Beteiligung von TNF an der von Trypanosomen verursachten Immunsuppression erscheint dagegen als Grund für die erhöhte Parasitämie in TNFR2 k.o. Mäusen näher liegend. Da die TNFR2 vermittelte Bioaktivität der TNF Mutante im Vergleich zu wt TNF vermindert ist, könnte die ausgeprägte Pathologie in den k.i. Mäusen auf eine verminderte Interaktion zwischen TNF und dem neutralisierenden löslichen TNFR2 zurückzuführen sein.

Fachgebiet (DDC)
570 Biowissenschaften, Biologie
Schlagwörter
TNF, Edema Reabsorption, Trypanosoma brucei Infection, k.i. mouse
Konferenz
Rezension
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Zitieren
ISO 690LEJA, Astrid, 2004. The lectin-like TNF Domain : role in Experimental Models of Pulmonary Edema Reabsorption and Trypanosoma brucei Infection [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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November 23, 2004
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