Autotrope Signaltransduktion durch membranständigen Tumor-Nekrose-Faktor (TNF)

Abstract

Der Tumor Nekrose Faktor (TNF) ist ein pleiotropes Zytokin, das an der Vermittlung einer Vielzahl verschiedener zellulärer Antworten beteiligt ist. Die überwiegende Mehrzahl biologischer Antworten wird durch die Bindung von TNF an TNF-Rezeptor Typ 1 (TNF-R1) vermittelt. Es sind 2 bioaktive Formen von TNF beschrieben worden: Die membranständige Form des TNF-Moleküls und eine lösliche Form dieses Zytokins, die durch proteolytische Abspaltung der membranständigen Form des TNF entstehen kann. TNF-produzierende Zellen exprimieren oft auch TNF-Rezeptoren und zeigen TNF-Antworten. Inwieweit jedoch membranständiges TNF (tmTNF) an diesen autokrinen bzw. juxtakrinen Signalschleifen beteiligt ist, ist bisher unklar. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, daß HeLa-Zellen, die eine nicht proteolytisch prozessierbare, mutante Form des TNF-Moleküls als membranständiges Molekül exprimieren (HeLatmTNF-Zellen), konstitutiv tmTNF-TNF-R1 Komplexe an der Zelloberfläche exprimieren. Diese Zellen zeigen eine kontinuierliche NF-kB- und p38 MAP Kinase-Aktivierung. Diese konstitutiv aktivierten Signalwege induzieren eine tmTNF-abhängige kontinuierliche Expression des NF-kB-abhängigen IL-6-Gens in diesen Zellen. HeLa-Zellen gehen nach einer kombinierten Behandlung von TNF mit Cycloheximid bzw. mit IFN-g in die Apoptose. HeLatmTNF-Zellen gingen bereits bei einer alleinigen Behand-lung mit Cycloheximid oder IFN-g in Apoptose. Daraus läßt sich schließen, daß HeLatmTNF-Zellen sich in einem kontinuierlichen Aktivierungszustand befinden, der bei Inhibition der Proteinbiosynthese ausreichend ist, um in den Zellen apoptotische Signalkaskaden zu aktivieren. Für diesen Signalweg war kein Zell-Zell-Kontakt notwendig. Es ist deshalb davon auszugehen, daß tmTNF über TNF-R1 auf der gleichen Zelle Signale weiterleiten kann und dadurch zu dem konstitutiv aktivierten Status der Zelle beiträgt. Die Daten weisen darauf hin, daß autotrope Signalschleifen von tmTNF über TNF-R1 existieren.

Tumor necrosis factor (TNF) exists in two bioactive forms, the membrane integrated form and the proteolytically derived soluble cytokine. Cells which produce TNF are often responsive to TNF allowing autocrine/juxtacrine feedback loops. However, whether the membrane form of TNF is involved in such regulatory circuits is unclear. Here we demonstrate that HeLa cells, expressing a permanently membrane integrated mutant form of TNF, constitutively express TNF/TNF receptor complexes at their cell surface. These cells show a permanent activation of the transcription factor NF-kappaB, exert constitutive p38 MAP kinase activity and produce high amounts of interleukin-6. In parallel, transmembrane TNF expressing HeLa cells display high sensitivity to cycloheximide or interferon-gamma, similar to untransfected cells treated with these agents in combination with sTNF. Moreover, cycloheximide-induced apoptosis in transmembrane TNF transfectants can be blocked by the caspase inhibitor zVAD-fmk and does not necessarily need cell to cell-contact, indicating a critical role of constitutive autotropic signaling of TNF/TNF receptor complexes. These data demonstrate that autotropic signaling loops of membrane TNF can exist, which may be of importance for cells which express both, TNF and TNF receptors, such as T lymphocytes, macrophages and endothelial cells.