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Die Rolle von Interleukin-6 (IL-6) in der zentralnervös vermittelten Fieberentstehung der Ratte

Harré, Eva-Maria


Originalveröffentlichung: (2003) Wettenberg : VVB Laufersweiler 2003
pdf-Format: Dokument 1.pdf (12.163 KB)

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Freie Schlagwörter (Deutsch): IL-6 , STAT3 , Fieber , CVOs , Ratte
Freie Schlagwörter (Englisch): IL-6 , STAT3 , Fever , CVOs , Rat
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Veterinärphysiologie
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 3-89687-635-X
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 30.06.2003
Erstellungsjahr: 2003
Publikationsdatum: 29.08.2003
Kurzfassung auf Deutsch: Im Verlauf von Infektionen oder Entzündungsprozessen werden zirkulierende Zytokine
als humorale Botenstoffe des aktivierten Immunsystems angesehen, die unter anderem
das Gehirn beeinflussen und dort an der Entstehung von Fieber und weiteren
zentralnervös kontrollierten Krankheitssymptomen mitwirken. Eine direkte
Beeinflussung des Gehirns durch hochmolekulare Zytokin-Proteine kann nach gängiger
Vorstellung nur an Stellen mit unvollständig ausgebildeter Blut-Hirn-Schranke erfolgen.
Eine besondere Bedeutung in diesem Zusammenhang haben die sogenannten
sensorischen zirkumventrikulären Organe (CVOs), zu denen das Organum vasculosum
laminae terminalis (OVLT), das Organum subfornicale (SFO) und die Area postrema
(AP) gehören.

In der vorliegenden Studie wurde an Ratten ein Modell etabliert, welches die
Beteiligung des Zytokins IL-6 an der zentralnervösen Vermittlung der Fieberantwort
aufklären sollte. Als Stimulus zur Fieberinduktion wurden als exogenes Pyrogen
bakterielles Lipopolysaccharid (LPS), als endogenes Pyrogen rekombinantes
rattenspezifisches Interleukin-6 (rrIL-6) verwendet, da dieses Zytokin als einziges
fieberrelevantes Pyrogen während des Gesamtverlaufes der LPS-induzierten
Fieberreaktion in erhöhter Konzentration im Blut auftrat. Die intraperitoneale (i.p.)
Applikation von LPS (100µg/kg) führte bei Ratten innerhalb von 60min zu einem
moderaten und danach über einen Zeitraum von 2-8h zu einem starken Anstieg von IL-6
im Blut. Parallel dazu entwickelte sich eine robuste biphasisch verlaufende
Fieberreaktion. In Zellen des OVLT und SFO, nicht aber der AP war 120min nach LPSInjektion
eine starke nukleäre STAT3 ('Signal Transducer and Activator of
Transcription 3') Translokation zu sehen, die nach einer weiteren Stunde nahezu nicht
mehr nachzuweisen war. STAT3 wird als spezifischer Transkriptionsfaktor der IL-6-
vermittelten Signaltransduktion angesehen. Die direkte Beteiligung des Zytokins IL-6
wurde deshalb durch intraperitoneale Injektion von rrIL-6 (45µg/kg) überprüft. Die
Applikation von rrIL-6 führte innerhalb von 60min zu einem starken Anstieg der
zirkulierenden Konzentration dieses Zytokins in der Blutbahn und zur Ausbildung einer
moderaten Fieberreaktion. Eine nukleäre STAT3-Translokation war in Zellen des
OVLT und SFO nach Behandlung mit IL-6 dementsprechend bereits nach 60min
festzustellen. Auch diese nukleären Signale waren 120min nach IL-6-Injektion nicht
mehr zu detektieren. Der zelluläre Ursprung der nukleären STAT3-Signale sollte mit
Hilfe immunhistochemischer Doppel- und Dreifachmarkierungen durch zellspezifische
Markerproteine nachgewiesen werden. Durch Verwendung von neuronalen, glialen oder
endothelialen Zellmarkerproteinen konnte gezeigt werden, daß es sich bei einem hohen
Prozentsatz der Zellen, in denen eine nukleäre STAT3-Translokation 60min nach rrIL-
6- bzw. 120min nach LPS-Gabe auftrat, um Astrozyten handelte. Diese Befunde legen
nahe, daß bei Ratten durch das Zytokin IL-6 im Verlauf des LPS-induzierten Fiebers
eine genomische Aktivierung von Astrozyten im Bereich des OVLT und SFO erfolgt.
Da bekannt ist, daß im Verlauf des LPS-induzierten Fiebers auch innerhalb des Gehirns
eine Bildung und Freisetzung von IL-6 erfolgt, wurde dieses Zytokin auch zentral
mittels intrazerebroventrikulärer (i.c.v.) Mikroinjektion in den lateralen Gehirnventrikel
appliziert. Neben einer robusten Fieberreaktion wurde durch das i.c.v. applizierte rrIL-6
(200ng/Tier) eine nukleäre STAT3-Translokation nicht nur in den CVOs OVLT und
SFO induziert, sondern auch in anderen Hirnstrukturen, die zur Ausbildung einer
Fieberantwort als wichtig angesehen werden. Diese befinden sich jedoch innerhalb der
Blut-Hirn-Schranke, so daß sie für zirkulierendes IL-6 (nach i.p. Applikation) nicht
direkt zugänglich sind.

Die Ergebnisse dieser Studie unterstützen eine wichtige Rolle für peripher und zentral
gebildetes IL-6 bei der Manifestation einer Fieberantwort. Erstmals wurde hierbei ein
Nachweis für die direkte Beeinflussung von Gehirnzellen durch dieses Zytokin mittels
der Dokumentation einer nukleären STAT3-Translokation geführt. Die
Charakterisierung der Gene, die durch STAT3 im Fieberverlauf aktiviert wurden, bleibt
künftigen Studien vorbehalten.
Kurzfassung auf Englisch: During infection or inflammation circulating cytokines are regarded as humoral signals
of the activated immune system, which influence the brain and induce fever and other
brain-controlled signs of illness. With regard to their high molecular weight cytokines
can target the brain only within areas which lack a tight blood-brain-barrier, namely the
so-called sensory circumventricular organs such as the vascular organ of the lamina
terminalis (OVLT), the subfornical organ (SFO) and the area postrema (AP).

Fever was induced by bacterial lipopolysaccharide (LPS) as an exogenous pyrogen, or
rat-recombinant Interleukin-6 (rrIL-6), a representative endogenous pyrogen, since IL-6
is the only cytokine implicated in fever, which is circulating in increased amounts
during the whole time course of LPS-induced fever. Intraperitoneal (i.p.) injection of
LPS (100µg/kg) led to a slight (1h) and then a strong increase (2-8h) in plasma IL-6
levels and a pronounced biphasic fever. Nuclear translocation of the transcription factor
STAT3 (“signal transducer and activator of transcription 3”) was observed within the
OVLT and SFO, but not in the AP, 120min after LPS treatment, which almost
disappeared again within the following 60min. Intraperitoneal administration of rrIL-6
(45µg/kg) caused a strong increase of circulating concentrations of this cytokine within
60min and a rather moderate febrile response. Accordingly, nuclear translocation of
STAT3 in response to IL-6 within the OVLT and SFO occurred already after 60min and
almost disappeared again within the following hour. STAT3 immunohistochemistry was
combined with the detection of marker proteins for cells of neuronal, glial or endothelial
origin to phenotype LPS- or IL-6-activated cells. At time points with high pyrogeninduced
IL-6 plasma levels (60min after injection of IL-6 and 120min after injection of
LPS) a high percentage of STAT3 positive cells was co-localized with astrocytic cell
marker. IL-6 might therefore mediate genomic cell activation of OVLT and SFO
astrocytes during LPS-induced fever. During LPS-fever endogenous IL-6 is also
produced and released locally within the brain. Therefore IL-6 was microinjected into
the lateral cerebral ventricle (intracerebroventricular, i.c.v.).
Intracerebroventricular microinjections of IL-6 caused a robust fever and nuclear
translocation of STAT3 besides the CVOs OVLT and SFO in additional brain areas
which are implicated in fever, but located within the blood-brain-barrier and thus not
directly accessible for i.p. administered circulating IL-6.

The results of this study support the evidence for an important role of peripheral and
brain intrinsic IL-6 in the manifestation of a febrile response. For the first time the
demonstration of nuclear STAT3 translocation under the influence of IL-6 provides
direct evidence for a genomic activation of brain cells by this cytokine. Identification
and functional characterization of target genes which are activated in the brain during
fever requires further studies.