Beszámoló Korábbi években nyert eredményeink arra utalnak, hogy a Progesteron-indukált Blokkoló Factor (PIBF) terhességben és malignus daganatok kialakulását követően jelenik meg, és immunológiai hatásai révén hozzájárul a normális terhesség fenntartásához, továbbá a daganat növekedéséhez. Ezen adatok alapján feltételezhető, hogy a PIBF kimutatásán alapuló diagnosztikus módszer kifejlesztése hasznos lehet fenyegető korai terhességmegszakadás előrelzésére, valamint malignus daganatok korai felismerésére, ill. a therapia sikerességének monitorizálására. A PIBF szubsztitúció alkalmas lehet a korai terhességmegszakadás megelőzésére, míg a PIBF biológiai hatásának neutralizálása lassíthatja a rosszindulatú daganatok növekedését. A pályázat célja a PIBF molekula azon regióinak azonosítása volt, amelyek a terhességmegtartó, ill. a tumornövekedést elősegítő folyamatokban szerepet játszanak. 1) A PIBF molekula különböző részeit reprezentáló konstrukciókat állítottunk elő The PIBF1 cdna egy 757 aminosavból álló 89-kDa molekulatömegű fehérjét kódol, melynek aminosavszekvenciája egyetlen eddig ismert fehérjével sem mutat szignifikáns homológiát. Abból a célból, hogy a molekula biológiai aktivitásért felelős részeit azonosíthassuk, a 1. ábrán látható konstrukciókat állítottuk elő. RECOMBINANT HUMAN PIBF FORMS 89kDa full-length PIBF E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 E12 E13 E14 E15 E16 E17 E18 48kDa N-terminal PIBF E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 21,7kDa N-terminal PIBF (PN1) E2 E3 E4 14,7kDa N-terminal PIBF (PN2) E5 E6 E7 12,5kDa N-terminal PIBF (PN3) E8 E9 15,3kDa C-terminal PIBF (PN5) E13 E14 E15 E16 Non-coding region [1. ábra] A teljes hosszúságú PIBF1 cdns-t és a 1255 bp hosszúságú (az N-terminalis 48-kDa proteint kódoló) darabot pgex-4t-1 expressziós vectorba ligáltuk. A molekula korábban leírt exon-intron szerkezetének ismeretében a 2-4 exonok- (PN1), az 5-7 exonok- (PN2) és a 8-9 exonok- (PN3) által kódolt szakaszokat PCR-el amplifikáltuk. A PCR-hez a használt oligonucleotidok a következők voltak: PN111 Gex-4T-3 forward BamHI exons 2,3,4 AAA GGA TCC ATG TCT CGA AAA ATT TCA AAG PN121 Reverse XhoI stop
AAA CTC GAG TTA AGA TAC ATA TTC AGG AAT AG PN211 Gex-4T-3 forward BamHI exons 5,6,7 AAA GGA TCC GTT CGC TTC TAT GAG CTA G PN221 Reverse XhoI stop AAA CTC GAG TTA CTC TTT TGA TAA TTC ACT TC PN311 Gex-4T-3 forward BamHI exons 8,9 AAA GGA TCC GTA GTC ACC TTA GAG CAA AC PN321 Reverse XhoI stop AAA CTC GAG TTA GTT TTC TCG TTC ATA CAT TTC Az amplifikált darabokat pgex-4t-3 expressziós vektorba klónoztuk, majd E. coli BL-21 and BL21 plys törzsekbe transzformáltuk. A GST-PIBF fúziós fehérjét affinitás tisztítottuk. A recombinans fehérjéket SDS-PAGE és Western blot segítségével jellemeztük. A közelmúltban két további konstrukciót, a 10-12 exont lefedő PN4-t és a 13-16 exon által kódolt PN5-t készítettünk, így most a 48 kda N terminális rész egész területét feltérképeztük 2) Megvizsgáltunk a kostruktok hatását az NK aktivitásra és citokintermelésre Korábbi adataink szerint a PIBF fokozza a STAT6- és gátolja a STAT-4 aktiválódását, ami a sejtek Th1 cytokinekkel szembeni csökkent érzékenységét eredményezi. A receptorához kapcsolódó PIBF membran-, cytoplazmatikus és magi fehérjék módosulásaihoz, másodlagos messenger molekulák felszabadulásához, enzimek aktiválódásához és gének enhancer elemeihez kapcsolódó transcriptios faktorok keletkezéséhez vezet, s így a sejtek aktiválódásához, differenciálódásához járul hozzá. A naiv T sejtek Th1 vagy Th2 irányban történő differenciálódását cytokinek szabályozzák. IL-12 ill. IL-4 jelenlétében a T sejtek Th1, ill. Th2 irányba differenciálódnak. A folyamatot a sejten belüli protein kinase C (PKC) aktivitás és az intracelluláris Ca++ egyensúlya mediálja. Th2 klónok aktivációja a PKC aktivitás fokozódásával és az intracelluláris Ca++ szint csökkenésével jár. Th1 klónok aktiválódása ellentétes változásokat igényel. A PIBF Th2 irányú cytokin egyensúly eltolódást okoz, ennek megfelelően PIBF-kezelt lymphocytákban a PKC aktivitás fokozódását és az intracelluláris Ca++ csökkenését mutattuk ki. Ezek a folyamatok együttesen magyarázatot adhatnak a PIBF cytokinegyensúlyt befolyásoló hatására. A PIBF által használt jelátviteli mechanizmusok vizsgálata Megvizsgáltuk a a PIBF Jak/STAT jelátvitelre kifejtett hatását. 20 min. PIBF kezelés után a sejteket lizáltuk, a polyacrilmid gelen szeparált és nitrocellulóz membránra blottolt fehérjéket anti-phospho STAT6, STAT4 és Jak1 ellenanyagokkal reagáltattuk. Az IL-4- hez hasonlóan a 48 kda N terminalis peptid STAT6 valamint Jak1 foszforilációt indukált és gátolta a STAT4 foszforilálódását. PIBF kezelés hatására STAT6 aktiválódik (2. ábra).
PIBF activates STAT6 Anti-phosphoSTAT6 0 PIBF IL-4 PIBF E.coli anti- PIBF D 0 IL-4 PIBF PIBF PIBF E.coli anti- anti- STAT6 NF B 2. ábra Si RNS módszerrel STAT6 deficiens sejteket állítottunk elő, és ezeken vizsgáltuk a PIBF cytokintermelésre kifejtett hatását. A cytokinek koncentrációját cytometric bead array-el határoztuk meg (3. ábra). THE CYTOKINE EFFECTS OF PIBF ARE IMPARIED IN STAT-6 DEFICIENT CELLS IL-10 (pg/ml) 3500 2500 1500 500 untreated PIBF10 mg/ml SCR sirna TNFa (pg/ml) 2400 1800 1400 1000 600 * IFNg (pg/ml) 3000 2000 1000 * 200 SCR sirna SCR sirna 3. ábra STAT6 deficiens sejtekben a PIBF IL-10 termelést fokozó, ill. TNFa, valamint IFNg termelést visszaszorító hatása szignifikánsan csökkent a control sejteken (SCR) kifejtett hatáshoz viszonyítva.
A PIBF-indukálta STAT6 aktiválódás gátolható az IL-4Ra blokkolásával, de a PIBF nem kötődik az IL-4 receptorhoz (4. ábra).. A PIBF-induced STAT6 activation is abolished after blocking IL-4R (A), but PIBF does not bind to the IL-4 receptor (B) 0 PIBF IL-4 PIBF IL-4 E.coli anti- anti- IL-4R IL-4R 0,4 0,3 0,2 0,1 IL-4 PIBF B 10 100 1000 (ng/ml) 4. ábra Az IL-4 receptor a láncának kiütése sirns módszerrel szintén gátolja a PIBF jelátvitelét (5. ábra) PIBF is unable to signal in absence of IL-4R 116 kda phospho-stat6 116 kda STAT6 43 kda β-actin IL4 PIBF IL4 NT PIBF NT intact cells IL-4R KO 5. ábra
Both antibody induced cross-linking (A) and ligand-induced capping (B) result in co-capping of PIBF receptor and IL-4 receptor A B 6. ábra Az 6. ábrán látható, a FITC-conjugalt liganddal indukált PIBFR és a specifikus PEconjugalt ellenanyaggal jelölt IL4Ra co-cappingje, a 7. ábra pedig azt mutatja, hogy más felszíni antigennel (CD45RA) nem jön létre a co-capping jelensége. Simultaneous labelling of the lymphocytes with PE-antiCD45RA (red), cross-linked by IgG1 (A) and FITC-PIBF (green) (B), results in capping of the CD45RA molecule but no co-capping of the PIBFR (C). Confocal microscopy, 100x. 7. ábra Annak tisztázása céljából, hogy a PIBFR GPI-kötött fehérje-e, a GPI-horgony emésztése utan vizsgáltuk a PIBF indukálta jelátviteli mechanizmust. A GPI-horgony Phosphatidylinositol-specific Phospholipase C (PI-PLC)-vel való emésztése utan a PIBF STAT6 aktiváló hatása megszünt, míg az IL-4 hatása változatlan maradt (8.ábra), a 9.
ábrán pedig látható, hogy PI-PLC emésztett sejteken a PIBF receptor FITC-PIBF jelöléssel nem mutatható ki. PIBFR is a GPI-anchored protein. Digestion with PI-PLC, cleaves the anchoring regions of GPI-related proteins and results in loss of PIBF induced STAT6 activation while the effect of IL-4 remains intact. (A) Western blot: anti-phospho- STAT6 Ab, (B) loading: anti-stat6 Ab. NT: untreated cells. A 116 kda phospho-stat6 B 116 kda STAT6 NT IL4 PIBF NT IL4 PIBF PI-PLC treated untreated 8. ábra Capping of the IL-4Rα (A) in PI-PLC digested cells in the absence of PIBFR (B) Confocal microscopy, 100x. A B A B 9. ábra Az IL-4R lipid raft asszociált fehérje. Az a tény, hogy a membrán cholesterintartalmának kivonása után mind az IL-4, mind a PIBF jelátvitele megszűnik, jelentheti azt, hogy mindkét receptor raftban helyezkedik el, ez azonban nem szükségszerű, hiszen az IL-4R hiánya magában is magyarázhatja a PIBF jelátvitel hiányát (10. ábra).
MBCD treatment abolishes PIBF-signaling 116 kda phospho- STAT6 116 kda STAT6 NT PIBF IL4 NT PIBF IL4 intact cells MBCD-treated 10. ábra Megvizsgáltuk a PIBF molekula egész hosszát lefedő peptidszakaszok cytokintermelésre és a Jak/STAT jelátvitelre kifejtett hatását. 20 min. PIBF kezelés után a sejteket lizáltuk, a polyacrilmid gelen szeparált és nitrocellulóz membránra blottolt fehérjéket anti-phospho STAT6, STAT4 és Jak1 ellenanyagokkal reagáltattuk. Az IL-4- hez és a 48 kda N terminalis peptidhez hasonlóan a PN1 STAT6 valamint Jak1 foszforilációt indukált és gátolta a STAT4 foszforilálódását. A többi szakasz nem mutatott ilyen hatást (11-13. ábra) STAT6 Wb: a-p-stat6 Anti actin 0 PN1 PN2 PN3 PN5 48 kda PIBF IL-4 Exon 17 Treatment: PN: 10 g for 50x10 6 ly. PIBF 48 kda: 200 ng for 50x10 6 ly IL-4: 200 ng for 50x10 6 ly 11. ábra
JAK1 Wb: a-p-jak1 Load. 0 PN1 PN2 PN3 PN5 PIBF IL-4 EX. 48. 17 Treatment: PN: 10 g for 50x10 6 ly. PIBF 48 kda: 200 ng for 50x10 6 ly IL-4: 200 ng for 50x10 6 ly 12. ábra STAT4 Wb: a-p-stat4 Load. GST Ex.17 IL-12 PIBF PN5 PN3 PN2 PN1 0 Kezelés: PN, Ex17: 10 g PIBF, IL-12: 200ng 13. ábra A PIBF peptidszakaszok jelenlétében 24 h tenyésztett lymphocyták által termelt cytokinek koncentrációit a sejtek tenyésztőfolyadékából cytometric bead array módszerrel határoztuk meg. Az 14. és 15. ábrákon szürke színnel jelöltük azokat az oszlopokat melyek a kontrolltól (GST) szignifikáns eltérést mutatnak. Az IL-4 koncentrációja szignifikánsan emelkedett a 48 kda N terminális PIBF, PN1 és PN2 jelenlétében. Az IL-10 termelését a 48 kda PIBF szakaszon kívül csak a PN1 fokozta. A PN5 és a 17 exon által kódolt peptidek, szignifikánsan csökkentették az IL-10 termelést, az IL-4 koncentráció szignifikáns csökkenése csak a 17. exont reprezentáló peptid jelenlétében volt megfigyelhető (14. ábra).
300 250 200 700 600 500 IL-4 pg/ml 150 100 50 IL-10 pg/ml 400 300 200 100 0 GST 48-kDa PN1 PN2 PN3 PN5 Exon-17 0 GST 48-kDa PN1 PN2 PN3 PN5 Exon-17 14.ábra A PN1 jelenléte szignifikánsan fokozta, a 17 exon által kódolt peptid pedig szignifikánsan csökkentette a TNFa és az IFNg termelését. A TNFa termelést PN2 és PN5 szakaszok is fokozták, a PN3 pedig szignifikánsan csökkentette a TNFa termelést (15. ábra). 1600 300 1400 250 1200 1000 200 TNF pg/ml 800 600 IFN pg/ml 150 100 400 50 200 0 GST 48-kDa PN1 PN2 PN3 PN5 Exon-17 0 GST 48-kDa PN1 PN2 PN3 PN5 Exon-17 15. ábra A STAT6 aktiváló hatás tekintetében a PN1 peptidszakasz az egyetlen, amely a 34 kda molekulához hasonlóan viselkedik. A 24 óra alatt, a cytokintermelésben kialakuló különbségek nyilvánvalóan bonyolultabb folyamatok együtthatói. A 48 kda molekula
jelenlétében szignifikánsan fokozódik az IL-4 és az IL-10 termelődése, de nem változik szignifikánsan az IFNg, valamint a TNFa koncentrációja. A PN1 (és a PN2) szakasz egyöntetűen fokozza, a 17 Exont reprezentáló peptid pedig csökkenti mind a Th1, mind a Th2 cytokinek koncentrációját. A PN5 szakasz jelenlétében a cytokintermelés, a 48 kda molekula hatásával ellentétesen; Th1 irányban tolódik el. Az NK aktivitást kizárólag a 48 kda PIBF szakasz csökkentette szignifikáns mértékben. PIBF hatás vizsgálata állatmodellekben A human és egér PIBF nagy fokban homológ, és a két fehérje immunológiailag keresztreagál. Egereket immunizáltunk human recombinans PIBF-el, abból a célból, hogy megvizsgáljuk a termelődő anti-pibf neutralizáló ellenanyagok hatását a terhesség kimenetelére és a tumornövekedésre. A következő antigeneket és adjuvansokat használtuk; Blotból kivágott 48kDa PIBF (foothpad, s.c., i.p. 3x) Solubilis 48kDa PIBF (foothpad, s.c., i.p. 3x, ism: s.c, i.p. 3x) Solubilis PN1 (s.c, i.p. 3x) complett és incomplett Freund adjuvanssal, Aluminium-hidroxid adjuvanssal, ill. AbISCO (Quillaja saponin-cholesterol emulzió) adjuvanssal. Az egereket a megfelelő ellenanyagszint kialakulása után pároztattuk, illetve SP-2 myelomasejtekkel intraperitonealisan oltottuk őket. A terhesség kimenetelére gyakorolt hatást a resorbeálódott magzatok arányával, a tumornövekedésre kifejtett hatást pedig a peritoneumból kinyerhető tumorsejtek számával jellemeztük. Az immunizált állatokban szignifikánsan csökkent az implantálódott magzatok száma (16. ábra) Ezzel összhangban, egér terhesség 2. és 7. napja között naponta vett uterusmintákból készült metszeteken immunhisztológiával az implantáció időszakában a PIBF expresszió jelentős emelkedését mutattuk ki (17. ábra). Megállapítható, hogy Balb/c egerek pároztatás előtti PIBF-el történő immunizálása megakadályozza a pete beágyazódását. ANTI-PIBF IMMUNITY RESULTS IN IMPLANTATION FAILURE MEAN IMPLATATION SITES 7 6 5 4 3 2 1 * CONTROL IMMUNIZED 16. ábra
PIBF expression in the mouse uterus at different days of pregnancy implantation D 2.5 D 3.5 D 4.5 D 5.5 D 7.5 17. ábra Az ellenanyagok az immunizáláshoz használt adjuvans minőségétől függően befolyásolták a tumorsejtek túlélését. A PN3 peptiddel történő immunizálás mind Freund adjuvans, mind aluminium adjuvans jelenlétében olyan ellenanyagok képződését indukálta, melyek a PIBF neutralizálása révén szignifikánsan fokozták a daganatsejtek pusztulását. A PN1 peptid csak aluminium adjuvanssal együtt használva fejtett ki ilyen hatást (18. és 19. ábra). dead tumor cells (% of total recovered cells) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 C PN1 PN3 *p<0.04 18. ábra A daganatsejtek túlélése PN1 és PN3 peptidekkel Freund ajuvans jelenlétében immunizált egerekben.
dead tumor cells (% of total recovered cells) 14 12 10 8 6 4 2 0 *p<0.05 C PN1 PN3 *p<0.04 18. ábra A daganatsejtek túlélése PN1 és PN3 peptidekkel aluminium ajuvans jelenlétében immunizált egerekben.