Cytokine - Eigenschaften -

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2 Cytokine - Eigenschaften -
Polypeptide mit geringer molekularer Masse ( <200 As) biologische Wirkung im nano- picomolaren Konzentrationen werden nicht gespeichert sondern nach Stimulation synthe- tisiert und sezerniert entfalten ihre Wirkung an einer grossen Zahl unterschiedlicher Zelltypen (pleiotrope Signalmolküle) - zentrale Regulatoren der Immunantwort wirken (auto-, para-, oder endokrin) über die Bindung an spezifische Rezeptoren auf der Zielzelle - Wirkung oft an direkte Zell-Zell Kontakte gebunden

3 Cytokine - Einteilung -
bekannte Cytokine (Familien) sind: Interleukine (IL) Interferone (INF) Kolonie-stimulierende Faktoren (CSF) Erythropoetin (EPO) Wachstumshormon (GH) Tumor Nekrosis Faktor a (TNFa)

4 Cytokine - Einteilung -
bekannte Cytokine (Familien) sind: Interleukine (IL) Interferone (INF) Kolonie-stimulierende Faktoren Erythropoetin (EPO) Wachstumshormon (GH) Tumor Nekrosis Faktor a (TNFa) keine ausgeprägte Sequenzhomologie Einteilung nach ihrer sekundär- und tertiär Struktur: a-Helix Cytokine: IFNa, INFb, IL-2 – IL-7, G-CSF, M-CSF, PDGF b-Faltblatt Cytokine: IL-1a, IL-1b, TNFa a+b Cytokine: IL-8 und INFg

5 Cytokine - Bildung - Zellen des Immunsystems: - B-Zellen - T-Zellen
- Monocyten/Makrophagen - Neutrophile Zellen - Natural Killer Cells (NK) - Mastzellen - Eosinophile - breites Spektrum der Cytokin Produktion !!

6 Cytokin-Netzwerk in Zellen des Immunsystems
 gegenseitige Beinflussung in der Cytokinfreisetzung Bitte auswendig lernen!!

7 Cytokine - Bildung - Zellen des Immunsystems: Andere Zelltypen
- B-Zellen - T-Zellen - Monocyten/Makrophagen - Neutrophile Zellen - Natural Killer Cells (NK) - Mastzellen - Eosinophile Andere Zelltypen - Fibroblasten (IL-6, IL-11) - Hepatocyten (IL-6) - Epithelzellen (IL-1a/b) - Neuronale Zellen (IL-1a/b) - Keratinocyten (IL-6, IL-1b)

8 - Strukturprinzipien und Signalwege -
Cytokinrezeptoren - Strukturprinzipien und Signalwege - Immunglobulin-ähnliche Domäne Fibronektin-ähnliche Domäne mit konservierten Cystein-Resten Fibronektin-ähnliche Domäne mit konservierten WSXWS-Motiv Transmembrandomäne intrazelluläre Domäne IL-6 Rezeptor Familie

9 IL-6 Rezeptor Familie

10 IL-6 Rezeptor Familie Ciliary-Neutrophic-Factor-Receptor

11 IL-6 Rezeptor Familie Leukaemia-Inhibitory- Factor Receptor

12 IL-6 Rezezeptor Familie
Oncostatin M Rezeptor

13 IL-6 Rezeptor Familie Gycoprotein 130

14 Cytokine der IL-6 Familie
- 4 a-Helix-Topology -

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16 - Cytokin-vermittelte negative Entzündungsregulation -
Akut-Phase - Cytokin-vermittelte negative Entzündungsregulation -

17 - Ligand-induzierte Heterooligomerisierung -
IL-6 Rezeptor Familie - Ligand-induzierte Heterooligomerisierung - IL-6 IL-11 LIF CT-1 CNTF OSM OSM - gemeinsames Strukturmerkmal aller Rezeptoren: Rekrutierung von gp130 in den Rezeptorkomplex

18 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren -

19 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren -

20 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren -

21 - zentrale Signalmoleküle des IL-6 Rezeptor Signalwegs -
Janus-Kinasen - zentrale Signalmoleküle des IL-6 Rezeptor Signalwegs - Janus: Doppelköpfiger römischer Gott

22 - zentrale Signalmoleküle des IL-6 Rezeptor Signalwegs -
Janus-Kinasen - zentrale Signalmoleküle des IL-6 Rezeptor Signalwegs - - 4 verschiedene Jaks: Jak1-3 und Tyk2 - Jak1-2 und Tyk2 sind ubiquität exprimiert, Jak 3 in hämapoetischen Zellen - Tyrosinkinase MW kDa - Domänen JH3 - JH7 sind für die Assoziierung mit Rezeptor verantwortlich - Funktion JH2 Domäne ??? - Tyrosine in Tyrosin-Kinase Domäne sind für Aktivierung/Aktivität essentiel

23 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - 1. Ligandabhängige Rekrutierung von gp130/JAK

24 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - 2. Trans-Phosphorylierung der Jaks P P

25 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - 3. JAK-Phosphorylierung von gp130

26 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - 1. STAT-Signalweg 4. Rekrutierung von Stats

27 Signal-Tranducer-Aktivator of Trancription (STATs)
- zentrale Signalmoleküle des IL-6 Rezeptor Signalwegs - - Transkriptionsfaktoren - 7 verschiedene STATs (1-4, 5a und 5b,6) wurden kloniert - konstitutiv im Cytosol, mit Ausnahme von STAT4 ubiquitär exprimiert As.

28 Signal-Tranducer-Aktivator of Trancription (STATs)
- zentrale Signalmoleküle des IL-6 Rezeptor Signalwegs - Ausbildung von STAT-Komplexen - Transkriptionsfaktoren - 7 verschiedene STATs (1-4, 5a und 5b,6) wurden kloniert - konstitutiv im Cytosol, mit Ausnahme von STAT4 ubiquitär exprimiert As.

29 Signal-Tranducer-Aktivator of Trancription (STATs)
- zentrale Signalmoleküle des IL-6 Rezeptor Signalwegs - - regulatorische Phosphorylierungsstellen - Transkriptionsfaktoren - 7 verschiedene STATs (1-4, 5a und 5b,6) wurden kloniert - konstitutiv im Cytosol, mit Ausnahme von STAT4 ubiquitär exprimiert As.

30 Signal-Tranducer-Aktivator of Trancription (STATs)
- zentrale Signalmoleküle des IL-6 Rezeptor Signalwegs - - Transkriptionsaktivierung - Transkriptionsfaktoren - 7 verschiedene STATs (1-4, 5a und 5b,6) wurden kloniert - konstitutiv im Cytosol, mit Ausnahme von STAT4 ubiquitär exprimiert As.

31 Signal-Tranducer-Aktivator of Trancription (STATs)
- zentrale Signalmoleküle des IL-6 Rezeptor Signalwegs - - Bindung phosphorylierter Tyrosinreste - Transkriptionsfaktoren - 7 verschiedene STATs (1-4, 5a und 5b,6) wurden kloniert - konstitutiv im Cytosol, mit Ausnahme von STAT4 ubiquitär exprimiert As.

32 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - 5. Bindung an gp130-P über SH2-Domäne

33 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - 6. Phosphorylierung an regulatorischem Tyrosin durch JAK

34 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - 7. Ausbildung von STAT-Dimeren

35 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - 8. Translokation des STAT-Dimers in den Kern

36 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - 10.Transkriptionsaktivierung durch Transaktivierungsdomäne 9. Bindung an den Promotor von Zielgenen über DNA-Bindungsdomäne

37 Signal-Tranducer-Aktivator of Trancription (STATs)
- zentrale Signalmoleküle des IL-6 Rezeptor Signalwegs - - Transkriptionsfaktoren - 7 verschiedene STATs (1-4, 5a und 5b,6) wurden kloniert - konstitutiv im Cytosol, mit Ausnahme von STAT4 ubiquitär exprimiert As. - STAT-Erkennungs-DNA-Sequenz: TTN5AA - STAT-regulierte Zielgene: Akut-Phase-Proteine (APP): z.B. a2-Makroglobulin, TIMP-1 Transkriptionsfaktoren: z.B. jun und fos

38 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - 2. MAPK-Signalweg Bindung von Adaptoren mit SH-2 Domäne

39 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - Adaptorkomplex

40 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - Aktivierung von Ras

41 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - Aktivierung von Raf

42 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - Aktivierung von MAPK-Weg

43 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - Aktivierung von TF durch Phosphorylierung

44 Signalwege der Cytokinrezeptoren der IL-6 Rezeptor Familie
- Tyrosinkinase assoziierte Rezeptoren - MAPK-Signalweg STAT-Signalweg

45 Negative Kontrolle des IL-6 Rezeptor Signalweges
1. Herabregulation des IL-6 Rezeptors durch Endocytose

46 Negative Kontrolle des IL-6 Rezeptor Signalweges
2. Inhibition der IL-6 Rezeptor Signalkette durch neg. Feedbackloop Inhibition der JAKs SOCS = Supressor of Cytokine Signalling

47 Cytokinrezeptoren - Strukturprinzipien und Signalwege -
Immunglobulin-ähnliche Domäne Transmembrandomäne intrazelluläre Signaltransduktion IL-1/Toll-like Rezeptor Familie

48 Toll  Homolog zum IL-1R in Drosophila melanogaster
IL-1/IL-1 Rezeptor: - Schlüssel-Aktivator der zellulären Antwort gegenüber Gram-positiven und Gram-negativen Bakterien (LPS, bakterielle Lipoproteine) und der Entzündung - proinflamatorisches Cytokin Effektor der Genexpression von ca. 150 Genen: → Interleukine wie IL-6, IL-8 → Cylooxygenase 2 (Prostaglandinsynthese) → induzierbare NO-Synthase (iNOS)

49 Toll  Homolog zum IL-1R in Drosophila melanogaster
IL-1/IL-1 Rezeptor: - Schlüssel-Altivator der zellulären Antwort gegenüber Gram-positiven und Gram-negativen Bakterien (LPS, bakterielle Lipoproteine) und der Entzündung - proinflamatorisches Cytokin - Effektor der Genexpression von ca. 150 Genen Spaetzle/Toll: Aktivator des Drosophila Transkriptionsfaktors Dorsal Funktionen in Drosophila: - Festlegung der Dorsal/Ventral Polarität in der Embryoentwicklung - antimikrobielle/antifungizide Funktion in Drosophila

50 Immunglobulin-ähnliche
IL-1R / Toll-like Rezeptor Familie Leucin-reiche Domäne Immunglobulin-ähnliche Domäne Toll-like/IL-1 Rezeptor Domäne

51 Toll-like/IL-1 Rezeptor Domäne
IL-1R / Toll-like Rezeptor Familie Säugetier-Toll-like Rezeptoren Toll-like/IL-1 Rezeptor Domäne TIR-Domäne

52 angeborenes, „unspezifisches" Immunsystem
innate immune system angeborenes, „unspezifisches" Immunsystem Toll-Like receptors (TLR) Liganden TLR Ligand TLR 1 Zymosan (Glycan aus der Zellwand von Hefen) TLR 2 Lipoproteine und Glycolipide aus Pilzen, Protozoen und Bakterien TLR 3 lange doppelsträngige RNA (aus Viren) TLR 4 Lipopolysaccarid (LPS) aus der Zellwand gram-negativer Bakterien TLR 5 Flagellin (Protein aus der Geißel von Bakterien) TLR 6 bakterielle Peptidoglycane TLR 7-8 kurze RNA aus Viren (ss oder ds) TLR 9 unmethylierte CpG DNA aus Bakterien TLR unbekannt

53 IL-1R / Toll-like Rezeptor Familie
Säugetier-Toll-like Rezeptoren Toll-like/IL-1 Rezeptor Domäne

54 IL-1 Rezeptor und Toll-like Rezeptor Signalwege
- Proteininteraktionskaskade - TIR-Domäne IL-1 R IL-1 R assoziiertes Protein (IL-1R AcP) Toll-like receptor (TLR)

55 IL-1 Rezeptor und Toll-like Rezeptor Signalwege
- Proteininteraktionskaskade - IL-1 TLR-L IL-1 R IL-1R AcP TLR homophile Interaktion der Rezeptoren mit MyD88 MyD88 Bindung des Liganden  Rezeptorkomplex  Bindung von MyD88 über TIR-D.

56 - Adaptor Protein des IL-1/Toll-like Rezeptor Signalwegs -
MyD88 - Adaptor Protein des IL-1/Toll-like Rezeptor Signalwegs - C-terminale TIR Domäne N-terminale Todes Domäne (DD) - cytosolisches Protein - Elimination von MyD88 inhibiert z.B. die LPS-induzierte Aktivierung des IL-1R Signalwegs

57 IL-1 Rezeptor und Toll-kike Rezeptor Signalwege
- Proteininteraktionskaskade - IL-1 TLR-L IL-1 R IL-1R AcP TLR MyD88 homophile Interaktion von MyD88 mit IRAK IRAK Bindung von IRAK an MyD88 über Death Domain (DD)

58 IL1-R Assoziierte Kinase (IRAK)
- Adaptor Protein des IL-1/Toll-like Rezeptor Signalwegs - N-terminale Todes Domäne (DD) - Serin/Threonin Kinase - 2 Formen IRAK-1 und IRAK-2 - cytosolisches Protein - Elimination von IRAK inhibiert z.B. die LPS-induzierte Aktivierung des IL-1R Signalwegs

59 IL-1 Rezeptor und Toll-kike Rezeptor Signalwege
- Proteininteraktionskaskade - IL-1 TLR-L IL-1 R IL-1R AcP TLR MyD88 IRAK Autophosphorylierung P P

60 IL-1 Rezeptor und Toll-like Rezeptor Signalwege
- Proteininteraktionskaskade - IL-1 TLR-L IL-1 R IL-1R AcP TLR MyD88 IRAK P P TRAF-6 TNF-R Assoziierter Faktor 6 Dissoziation von IRAK und Interaktion mit TRAF-6  Aktivierung

61 IL-1 Rezeptor und Toll-like Rezeptor Signalwege
- Proteininteraktionskaskade - Verbindung zur Aktivierung von NFkB 1. Aktivierung des IKK-Komplexes

62 Aktivierung durch Phosphorylierung - Inaktivierung des Inhibitors-

63 Aktivierung durch Phosphorylierung - Inaktivierung des Inhibitors-

64 IL-1 Rezeptor und Toll-kike Rezeptor Signalwege
- Proteininteraktionskaskade - 1. Aktivierung des IKK-Komplexes 2. Inaktivierung von IkB durch proteolytischen Abbau

65 IL-1 Rezeptor und Toll-kike Rezeptor Signalwege
- Proteininteraktionskaskade - 1. Aktivierung des IKK-Komplexes 2. Inaktivierung von IkB durch proteolytischen Abbau 3. Freisetzung von NFkB und Translokation in den Kern

66 IL-1 Rezeptor und Toll-kike Rezeptor Signalwege
- Proteininteraktionskaskade - 1. Aktivierung des IKK-Komplexes 2. Inaktivierung von IkB durch proteolytischen Abbau 3. Freisetzung von NFkB und Translokation in den Kern 4. Transkriptionelle Regulation NFkB kontrollierter Gene

67 Cytokinrezeptoren - Strukturprinzipien und Signalwege -
Cystein-reiche Domäne Transmembrandomäne intrazelluläre Signaltransduktion TNFa Rezeptor Familie

68 TNFa (Tumor Necrosis Factor a)
 pleiotropes Cytokin mit Licht und Schatten Struktur: 157 As. grosses Peptid als 233 As. Propeptid synthetisiert aktive Form ist ein 52 kDa Homotrimer aus 3 Untereinheiten von aktivierten Makrophagen gebildet Funktionen: hemorrargische Nekrose transplantierter Tumore potenter Mediator der Entzündungsreaktion systemische Toxizität Signaltransduktion: 2 Transmembranrezeptoren TNFR-1 (p55/p60) und TNFR-2 (p75/p80) 28% Identität in der Ligandbindungsdomäne TNFR-1 ist die dominante Form

69 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion
TNFR-1 und TNFR-2 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion TNFa Apoptotischer Signalweg 1.Trimerisierung

70 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion
TNFR-1 und TNFR-2 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion TNFa 1.Trimerisierung 2.Stabilisierung durch Death Domain

71 - zentrale Proteininteraktionsdomäne bei der Apoptose -
Death-Domain - zentrale Proteininteraktionsdomäne bei der Apoptose - Death Domain cytoplasmatische Interaktionsdomäne ca. 80 Aminosäuren geringe Sequenzhomologie 6 antiparallele Helices in allen apoptotischen Proteinen enthalten

72 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion
TNFR-1 und TNFR-2 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion TNFa 1.Trimerisierung 2.Stabilisierung durch Death Domain 3.Assoziation von DD-Proteinen 1.TNFR-associated DD 2. FAS-associated DD

73 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion
TNFR-1 und TNFR-2 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion TNFa 1.Trimerisierung 2.Stabilisierung durch Death Domain 3.Assoziation von DD-Proteinen 4.Proteolytische Aktivierung von Caspase-Kaskade Death-Inducing Complex (DISC)

74 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion Spaltung apoptotischer
TNFR-1 und TNFR-2 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion TNFa 1.Trimerisierung 2.Stabilisierung durch Death Domain 3.Assoziation von DD-Proteinen 4.Proteolytische Aktivierung von Caspase-Kaskade 5. Proteolytische Aktivierung von Effektor-Caspasen  Spaltung apoptotischer Substrate

75 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion
TNFR-1 und TNFR-2 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion TNFa NFkB-Signalweg 1. Bindung von Adaptorproteinen TNFR-associated Factor 2 Receptor interacting Protein

76 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion
TNFR-1 und TNFR-2 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion TNFa NFkB-Signalweg 1. Bindung von Adaptorproteinen 2. Aktivierung von NFkB

77 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion
TNFR-1 und TNFR-2 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion TNFa NFkB-Signalweg 1. Bindung von Adaptorproteinen 2. Aktivierung von NFkB 3. Anti-apoptotische Wirkung

78 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion
TNFR-1 und TNFR-2 - Signaltransduktion durch Proteininteraktion TNFa Apoptose-Signalweg NFkB-Signalweg