HO-1 gene expression was transcriptionally induced by PMA with a regulatory pattern different from that by LPS in RAW264.7 monocytic cells. PMA-dependent HO-1 gene activation was mediated via a newly defined kappaB element of the rat HO-1 promoter that serves as a nuclear target of p65. An IkappaB kinase-2-independent atypical NF-kappaB pathway, which was mediated via activation of p38 MAPK and CK2, was involved in HO-1 gene regulation by PMA (Paper II).
An unexpected up-regulation of HO-1 gene expression was observed by pharmacological inhibition of p38 in monocytes and by genetic deficiency of p38alpha in mouse embryonic fibroblasts (MEFs). The inhibitory effect of p38 on HO-1 gene expression was mediated via a stress response element (StRE) of the mouse HO-1 gene promoter that is a nuclear target of the transcription factor NF-E2-related factor 2 (Nrf2). Activation of the ERK pathway and generation of reactive oxygen species (ROS) were involved in HO-1 gene activation by p38 inhibition (paper III).
Taken together, the thesis demonstrates the complex regulatory pathways that control the induction of Prx I and HO-1 gene expression in activated monocytic cells. Thus, further studies on the regulation of these two genes may help to develop novel therapeutic strategies for the treatment of inflammatory diseases.">
 

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Signaling pathways and transcriptional regulation of antioxidant genes Peroxiredoxin I and heme oxygenase 1 gene activation in RAW264.7 monocytes

Signalwege und Transkriptionsregulation der Genaktivierung der Antioxidanzien-Gene Peroxiredoxin I und Hämoxygenase-1 in Monozyten der Zelllinie RAW 264.7

Naidu, Srivatsava


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Freie Schlagwörter (Englisch): monocytes , inflammation , antioxidant- gene regulation
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institute for clinical immunology and transfusion medicine
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 27.03.2009
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 03.04.2009
Kurzfassung auf Englisch: Mononuclear phagocytes (monocytes, macrophages) play a pivotal role for the
regulation of inflammation. An uncontrolled immunological response of activated
mononuclear cells may cause irreversible tissue damage and chronic inflammatory
disorders. Therefore, antioxidant and anti-inflammatory mechanisms of mononuclear
cells are essential for the resolution of inflammation and restoration of immune
homeostasis. Up-regulation of peroxiredoxin I (Prx I) and heme oxygenase-1 (HO-1)
has been shown to have potent antioxidant and immunomodulatory properties.

This thesis integrates three original articles that demonstrate the signaling
pathways involved in the regulation of the antioxidant genes Prx I and HO-1 by the
prototypical monocyte activators phorbol myristate acetate (PMA) and
lipopolysaccharide (LPS), in monocytic cells.

Prx I gene expression was up-regulated by PMA and was inhibited by
simultaneous treatment with LPS in RAW264.7 monocytic cells. The repressive effect
of LPS on Prx I gene activation by PMA was mediated via a newly identified kappaB site
of the Prx I gene promoter. A "non-classical" kappaB pathway, that includes
phosphorylation of the NF-kappaB subunit p65 at serine 276 and a non-receptor tyrosine
kinase Bruton s tyrosine kinase, was involved in the regulation of LPS-dependent
inhibition of Prx I gene activation by PMA (Paper I).

HO-1 gene expression was transcriptionally induced by PMA with a regulatory
pattern different from that by LPS in RAW264.7 monocytic cells. PMA-dependent
HO-1 gene activation was mediated via a newly defined kappaB element of the rat HO-1
promoter that serves as a nuclear target of p65. An IkappaB kinase-2-independent atypical
NF-kappaB pathway, which was mediated via activation of p38 MAPK and CK2, was
involved in HO-1 gene regulation by PMA (Paper II).

An unexpected up-regulation of HO-1 gene expression was observed by
pharmacological inhibition of p38 in monocytes and by genetic deficiency of p38alpha in
mouse embryonic fibroblasts (MEFs). The inhibitory effect of p38 on HO-1 gene
expression was mediated via a stress response element (StRE) of the mouse HO-1
gene promoter that is a nuclear target of the transcription factor NF-E2-related
factor 2 (Nrf2). Activation of the ERK pathway and generation of reactive oxygen
species (ROS) were involved in HO-1 gene activation by p38 inhibition (paper III).

Taken together, the thesis demonstrates the complex regulatory pathways that
control the induction of Prx I and HO-1 gene expression in activated monocytic cells.
Thus, further studies on the regulation of these two genes may help to develop novel
therapeutic strategies for the treatment of inflammatory diseases.
Kurzfassung auf Deutsch: Mononukleäre Phagozyten (Monozyten, Makrophagen) spielen eine bedeutende
Rolle bei der Regulation von Entzündungsreaktionen. Eine unkontrollierte
Immunantwort von aktivierten mononukleären Zellen kann irreversible
Gewebeschäden und chronische Entzündungen hervorrufen. Antioxidative und antiinflammatorische
Mechanismen von mononukleären Zellen spielen daher eine
wesentliche Rolle bei der Rückbildung von Entzündungsreaktionen und die
Wiederherstellung des immunologischen Gleichgewichtes. Es ist bekannt, dass die
Heraufregulation von Peroxiredoxin (Prx) I und Häm Oxygenase (HO)-1 stark
antoxidativ und immunmodulatorisch wirkt.

Die vorliegende Arbeit fasst den Inhalt von drei Originalpublikationen
zusammen, die Signalwege beschreiben, die an der Regulation der antioxidativ
wirksamen Gene HO-1 und Prx I durch die prototypischen Monozytenaktivatoren
Phorbol-Myrisat Acetat (PMA) und Lipopolysaccharid (LPS) beteiligt sind.

Die Prx I Genexpression wurde durch PMA heraufreguliert und wurde durch die
gleichzeitige Behandlung mit LPS in RAW264.7 Monozyten gehemmt. Der
hemmende Effekt von LPS auf die PMA-abhängige Prx I Genaktivierung wurde über
ein neu identifiziertes kappaB Element im Prx I Genpromotor vermittelt. Ein nichtklassischer
NF-kappaB Weg, der über Phosphorylierung der NF-kappaB Untereinheit p65 am
Serinrest 276 und die Rezeptor-unabhängige Tyrosinkinase Bruton’s Tyrosinkinase,
vermittelt wurde, war für die LPS-abhängige Hemmung der Prx I Induktion durch
PMA verantwortlich (Arbeit I).

Die HO-1 wurde in RAW264.7 Monozyten transkriptional durch PMA mit einem
Genexpressionsmuster induziert, das sich von dem durch LPS hervorgerufenen
Expressionsmuster unterschied. Die PMA-abhängige HO-1 Induktion wurde durch
ein neu identifiziertes kappaB Element des Ratten HO-1 Genpromotors vermittelt, das als
nukleäres Ziel für p65 diente. Ein IkappaB Kinase 2-unabhängiger atypischer NF-kappaB
Weg, der über die Aktivierung von p38 MAPK und CK2 vermittelt wurde, war an
dieser HO-1 Regulation durch PMA beteiligt (Arbeit II).

Eine unerwartete Heraufregulation der HO-1 Genexpression konnte durch
pharmakologische Hemmung von p38 in Monozyten und bei genetischer Defizienz
von p38alpha in embryonalen Fibroblasten der Maus (MEFs) beobachtet werden. Der
hemmende Effekt von p38 auf die HO-1 Genexpression wurde über ein Stressabhängiges
Element (StRE) innerhalb des Maus HO-1 Promotors vermittelt, das als
nukleäres Ziel für den Transkriptionsfaktor NF E2-related factor 2 (Nrf2) diente. Die
Aktivierung des ERK Signalweges und die Entstehung von reaktiven
Sauerstoffspezies (ROS) spielten dabei eine regulatorische Rolle (Arbeit III).

Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit die komplexen regulatorischen
Signalwege, die die Induktion der Prx I und HO-1 Genexpression in Monozyten
vermitteln. Ein besseres Verständnis der Regulation dieser beiden Gene könnte bei der Entwicklung neuer therapeutischer Strategien zur Behandlung entzündlicher
Krankheiten helfen.