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Zwei Mechanismen führen zur UV-induzierten Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kappa-B: Ein DNA-Schaden-abhängiger und ein -unabhängiger Prozess

Bender, Klaus Josef

Abstract: Der Transkriptionsfaktor NF­kB spielt eine Schlüsselrolle bei der Reaktion des Organismus auf Stress und schädliche Agenzien. NF­kB wird nicht nur durch physiologische, sondern auch durch nicht-physiologische Induktoren, wie Tumorpromotoren (z.B. den Phorbolester TPA) oder UV-Strahlung aktiviert. Neben zellulären Genen, die vor allem die Immun- und Entzündungsreaktion des Organismus vermitteln, können durch NF­kB auch Proviren aktiviert werden. Hierzu zählen das HIV-1 (der Erreger der menschlichen Immunschwäche "AIDS") und das HSV (der Erreger von Lippenherpes). In der vorliegenden Arbeit wird der Mechanismus identifiziert, der der UV-induzierten Aktivierung dieses Transkriptionsfaktors zugrunde liegt. Es konnten zwei unterschiedliche Vorgänge der Aktivierung definiert werden, die in zwei überlappenden Wellen zur UV-induzierten Aktivierung von NF­kB führen. Bei beiden Mechanismen erfolgt die Aktivierung von NF­kB durch den induzierten Abbau des Inhibitors IkBa. Ein früher Mechanismus führt innerhalb von 30 Minuten bis sechs Stunden zur Aktivierung von NF­kB. Die Gegenüberstellung zweier Zelltypen, von denen der eine UV-induzierte DNA-Schäden reparieren kann und der andere zu dieser Reparatur nicht fähig ist, zeigte, daß die frühe Aktivierung nicht von einem DNA-Schaden abhängt, der durch die UV-Strahlung verursacht wird. Die UV-induzierte Aktivierung von Zelloberflächen-Rezeptoren, die für die Aktivierung anderer UV-induzierbarer Transkriptionsfaktoren (cFos, cJun, ATF-2) wichtig ist, ist offensichtlich auch nicht beteiligt, da die frühe UV-induzierte NF­kB-Aktivierung nicht durch Suramin gehemmt werden kann und die Zellen durch Vorbehandlung mit Zytokinen/Wachstumsfaktoren nicht refraktär gegenüber der UV-induzierten NF­kB-Aktivierung werden. Der frühe IkBa-Abbau wird, im Gegensatz zur Situation mit vielen anderen Induktoren, nicht über die Phosphorylierung des Proteins an den Serinen in den Positionen 32 und 36 vermittelt und hängt auch nicht von einer Tyrosin-Phosphorylierung des Proteins ab. Für den Abbau ist jedoch eine zehn Aminosäuren lange Sequenz notwendig, die zwischen den Positionen 277 und 287 des C-terminus lokalisiert ist. Ein zweiter Mechanismus führt verzögert zur Aktivierung von NF­kB. Diese Aktivierung ist von der Dichte der UV-induzierten DNA-Schäden abhängig und wird über die autokrine/parakrine Wirkung des Zytokins IL­1a vermittelt. Dies wurde durch Hemmung der späten Aktivierung in primären Fibroblasten mittels neutralisierender Antikörper, die gegen IL­1a gerichtet sind und nach der UV-Bestrahlung ins Medium gegeben wurden, bewiesen. Die Freisetzung von IL­1a wird in diesen Zellen über die Spaltung der Vorläuferform des IL­1a reguliert. Für diese Spaltung ist die induzierte Aktivität von Caspasen oder dem Enzym Calpain verantwortlich, denn Inhibitoren dieser Proteasen unterdrücken sowohl die Spaltung von IL­1a-Vorläufern als auch die späte Aktivierung von NF­kB. Diese Zytokin-Ausschüttung könnte für einen Teil der systemischen Wirkung von UV-Strahlung auf den Organismus verantwortlich sein.

Abstract (englisch): Activation of the transcription factor NF-kB in response to UV irradiation by two mechanisms: a DNA damage dependent and an independent process. The transcription factor NF­kB plays a key role in the response of organisms to stress and harmful agents. NF­kB is not only activated by physiological inducers but also by non-physiological inducers, such as tumor promotors (e.g. the phorbol ester TPA) or UV irradiation. In addition to genes involved in immune and inflammatory reactions of the organism, proviruses can also be activated by NF­kB. Among these viruses are HIV­1 (human immunodeficiency virus 1, which causes the aquired immunodeficiency syndrome "AIDS") and the herpes simplex virus (which causes herpes). In this work the mechanism of UV-induced activation of the transcription factor NF­kB was identified. Two different mechanisms could be defined, which lead to NF­kB activation in two overlapping waves. In both cases NF­kB activation is caused by induced degradation of the NF­kB inhibitor IkBa. An early mechanism activates NF­kB within 30 min to six hours after irradiation. The comparison of two cell types, from which one is able to repair UV-induced DNA damages and the other is not, showed that this early activation is independent of DNA damages caused by UV irradiation. The UV-induced activation of cell surface-receptors, which is responsible for the activation of other UV-inducible transcription factors (e.g. cFos, cJun, ATF-2) is not involved in the activation of NF­kB: the early UV-induced activation of NF­kB was not inhibited by the growth factor receptor inhibitor suramin and the pretreatment of cells with cytokines or growth factors did not inhibit UV-induced NF­kB activation. Also, in contrast to other inducers, the early UV-induced IkBa degradation does neither depend on the phosphorylation of serines 32 and 36 nor on tyrosine phosphorylation of the protein. However a sequence of ten amino acids in the C-terminal part of the protein between positions 277 and 287 is essential for degradation. A second mechanism leads to a delayed activation of NF­kB. As shown by the comparison of the dose dependence in repair proficient and deficient cells, thus activation depends on the density of UV-induced DNA damage. It is mediated through the autocrine/paracrine action of the cytokine IL-1a, as demonstrated by the inhibition of the late NF­kB activation in repair deficient fibroblasts by neutralizing antibodies directed against this cytokine given into the culture medium immediately after UV irradiation. In these cells the release of IL-1a is enhanced through the UV-induced cleavage of the IL-1a precursor. The UV-induced activation of caspases or of the enzyme calpain is responsible for this cleavage, because inhibitors of such proteases abolished the cleavage of the IL-1a precursor as well as the late activation of NF­kB. Thus the secretion of cytokines in response to UV irradiation could mediate at least a part of the systemic action of UV on the organism.


Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Genetik (IGEN)
Fakultät für Bio- und Geowissenschaften (Fak. f. Bio- u. Geowiss.)
Publikationstyp Hochschulschrift
Jahr 1998
Sprache Deutsch
Identifikator DOI(KIT): 10.5445/IR/9998
URN: urn:nbn:de:swb:90-AAA99982
KITopen ID: 9998
Reportnummer: FZKA-6043
HGF-Programm 51.05.01; LK 01
Serie Wissenschaftliche Berichte. FZKA ; 6043
Erscheinungsvermerk Karlsruhe 1998. (Wissenschaftliche Berichte. FZKA. 6043.) Fak. f. Bio- und Geowissenschaften, Diss. v. 12.11.1997.
Abschlussart Dissertation
Fakultät Fakultät für Bio- und Geowissenschaften (Fak. f. Bio- u. Geowiss.)
Institut Fakultät für Bio- und Geowissenschaften (Fak. f. Bio- u. Geowiss.)
Prüfungsdaten Diss. v. 12.11.1997
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