NOD2 is an intracellular innate immune receptor expressed in dendritic cells and gastrointestinal epithelial cells. Polymorphisms in the NOD2 gene convey a strong predisposition to Crohn’s disease (CD), a form of inflammatory bowel disease. Understanding the function of NOD2, and in what way it is aberrant in the presence of NOD2 polymorphisms, would confer a valuable paradigm for understanding Crohn’s pathogenesis. CD is thought to arise both from defects in the gut mucosal barrier and from a dysregulated Th17 immune response to commensal gut flora. Aberrant expression of IL-23 is present in both human CD and in murine models of colitis. Wild-type NOD2 contributes to NFκB activation and pro-inflammatory cytokine production on recognition of its cognate ligand, a function that is lost in CD-associated mutations. How the predominantly loss-of-function CD-NOD2 contributes to the pro-inflammatory response present in Crohn’s is not yet understood. In this thesis a set of experiments is described that aim to shed light on the function of NOD2, firstly through identification of negative regulators of immune activation that are dependent on NOD2 for their expression. This work identifies the microRNAs that are expressed following NOD2 triggering in human dendritic cells. Specifically, up-regulation of the miR-29 family was found to be dependent on wild-type NOD2 function. A number of novel miR-29 targets and their functional consequences are presented, including the cytokine subunits IL-12p40 and IL-23p19, directly linking NOD2 polymorphisms and aberrant IL-23 expression. Secondly, a project aiming to identify components of the NOD2 signalling complex (or signalosome) is described. To this end I employed a model system that involved tagging NOD2, and stable expression in a human cell line. These clones were validated for expression and function before an immunoprecipitation protocol was optimised. Mass spectrometry analysis of these samples identified the known NOD2-interacting protein Erbin.

Interleukin-12 (IL-12) ist ein zentrales Zytokin in der Entwicklung einer protektiven, zellulären Typ 1-Immunantwort. Es ist aus einer p40- und einer p35-Untereinheit aufgebaut. Es stimuliert NK- und T-Zellen zur Ausschüttung großer Mengen IFN-gamma und setzt so eine Typ 1-Immunantwort in Gang. Die p40-Untereinheit des IL-12 kommt auch in anderen biologisch wirksamen Verbindungen wie beispielsweise als Monomer, Homodimer oder als IL-23 (in Verbindung mit einer p19-Untereinheit) vor. Während das Homodimer in der vorliegenden Arbeit als reiner Antagonist zu IL-12 zu wirken scheint, wurden für IL-23 bereits zu IL-12 agonistische Wirkungen demonstriert. Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stand die Erarbeitung p40-abhängiger Wirkungen unter Ausschluß der Effekte von IL-12, d. h. möglicherweise IL-23-abhängiger Effekte. In den vorliegenden Untersuchungen wurde mit gendeletierten Mäusen gearbeitet, so dass IL-12 in diesen Systemen keine Rolle spielen kann sondern nur die p40-Proteine außer IL-12. Im Infektionsmodell mit Salmonella Enteritidis wurden p35-gendeletierte (p35-/--) und p40-/--Mäuse verwendet. Durch eine Induktion der p40-Expression waren Unterschiede auf die Wirkung der p40-Proteine zurückzuführen. Es zeigte sich, dass p40-Proteine durch die Induktion einer IFN-gamma Produktion eine Verbesserung der Abtötung intrazellulärer Pathogene bewirkten. Dadurch gelang in den p35-/--Mäusen die Eindämmung der systemischen Infektion besser und diese Mäuse überlebten länger als die p40-/--Mäuse. In Tumormodellen mit dem Lewis-Lungenkarzinom und dem Melanom B16 wurden p35/40-/--Mäuse, welche keine p40-Proteine bilden können, mit der für p40 kodierenden DNA gentherapiert. Durch diese lokale Gentherapie kam es zu einer Reduktion des Tumorwachstums. In immunhistologischen Untersuchungen war eine Rekrutierung von Makrophagen und eine Hemmung der Angiogenese im Tumorbereich sichtbar. Lokale und systemische Proteintherapien mit dem Homodimer oder IL-23 hatten keinen Effekt auf das Wachstum des Tumors, was auf die Existenz eines weiteren noch unbekannten heterodimeren p40-Proteins hindeutet. In vitro konnte gezeigt werden, dass IL-23 die IFN-gamma-Produktion durch Splenozyten induziert und dieser Effekt durch das Homodimer antagonisiert werden kann. Interessanterweise kann es in primären Milzzellkulturen auch IL-12 antagonisieren. Eine In-vitro-Infektion führte zu einer p40-abhängigen IFN-gamma-Produktion, die auch durch das Homodimer antagonisiert werden konnte. Während die Effekte der p40-Proteine im Infektionsmodell möglicherweise auf IL-23 zurückgeführt werden können und diese Effekte auch durch In-vitro-Untersuchungen gestützt werden, muss nach den Ergebnissen im Tumormodell auf die Existenz eines weiteren, bisher unbekannten p40-Proteines, p40-x, geschlossen werden. / Interleukin-12 (IL-12) is a key cytokine in the development of a protective cellular Th1 immune response. It consists of a p40 and a p35 subunit. Following stimulation with IL-12, NK and T cells produce large amounts of IFN-gamma resulting in a type 1 immune response. The p40 subunit of IL-12 is also part of other biologically active proteins such as monomeric or homodimeric p40 or the heterodimeric IL-23 (in combination with a p19 subunit). While in this study the homodimeric p40 appears to antagonize IL-12, IL-23 was demonstrated to have agonistic effects. The aim of this study was to investigate p40-dependent effects which can be observed independently of IL-12, i.e. potential effects mediated by IL-23. For the experiments mutant mice were used so that IL-12 dependent mechanisms could not play a role but only p40-dependent proteins excluding IL-12. In a Salmonella Enteritidis infection model p35-gene deleted (p35-/-) and p40-/- mice were used. As the expression of p40 is induced by bacterial antigen, differences between the strains were caused by the p40 protein. During the infection p40 proteins induced IFN-gamma production thus improving the killing of intracellular pathogens. This resulted in a better control of the systemic infection and longer survival periods of the p35-/- mice as compared to p40-/- mice. For the experiments in the tumor model using the Lewis-Lung carcinoma and the Melanoma B16 as tumors, p35/40-/- mice which are unable to produce any p40 proteins, received gene therapy with DNA encoding for p40. This local gene therapy resulted in a reduced tumor growth. Immunohistochemical examination revealed an infiltration of the tumor tissue with macrophages and a reduced neoangiogenesis within the tumor. This effect could not be achieved by local administration of IL-23 or the p40-homodimer as a protein, indicating the existence of an as yet unknown heterodimeric p40 protein. In vitro experiments showed that IL-23 induces IFN-gamma production by splenocytes and this effect can be antagonized by the homodimer. Interestingly, IL-23 is also able to antagonize IL-12 in primary splenocyte cultures. In vitro infection with Salmonella resulted in an p40-dependent IFN-gamma production that could also be antagonized by the homodimer. The protective effects in the infection model might be caused by IL-23, which is supported by the in vitro results. On the other hand, in the tumor model IL-23 does not seem to be the player and it must be concluded that the protective effects are caused by an other as yet unknown p40-dependent protein p40-x.

Interleukin-12 (IL-12) ist ein zentrales Zytokin in der Entwicklung einer protektiven, zellulären Typ 1-Immunantwort. Es ist aus einer p40- und einer p35-Untereinheit aufgebaut. Es stimuliert NK- und T-Zellen zur Ausschüttung großer Mengen IFN-gamma und setzt so eine Typ 1-Immunantwort in Gang. Die p40-Untereinheit des IL-12 kommt auch in anderen biologisch wirksamen Verbindungen wie beispielsweise als Monomer, Homodimer oder als IL-23 (in Verbindung mit einer p19-Untereinheit) vor. Während das Homodimer in der vorliegenden Arbeit als reiner Antagonist zu IL-12 zu wirken scheint, wurden für IL-23 bereits zu IL-12 agonistische Wirkungen demonstriert. Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stand die Erarbeitung p40-abhängiger Wirkungen unter Ausschluß der Effekte von IL-12, d. h. möglicherweise IL-23-abhängiger Effekte. In den vorliegenden Untersuchungen wurde mit gendeletierten Mäusen gearbeitet, so dass IL-12 in diesen Systemen keine Rolle spielen kann sondern nur die p40-Proteine außer IL-12. Im Infektionsmodell mit Salmonella Enteritidis wurden p35-gendeletierte (p35-/--) und p40-/--Mäuse verwendet. Durch eine Induktion der p40-Expression waren Unterschiede auf die Wirkung der p40-Proteine zurückzuführen. Es zeigte sich, dass p40-Proteine durch die Induktion einer IFN-gamma Produktion eine Verbesserung der Abtötung intrazellulärer Pathogene bewirkten. Dadurch gelang in den p35-/--Mäusen die Eindämmung der systemischen Infektion besser und diese Mäuse überlebten länger als die p40-/--Mäuse. In Tumormodellen mit dem Lewis-Lungenkarzinom und dem Melanom B16 wurden p35/40-/--Mäuse, welche keine p40-Proteine bilden können, mit der für p40 kodierenden DNA gentherapiert. Durch diese lokale Gentherapie kam es zu einer Reduktion des Tumorwachstums. In immunhistologischen Untersuchungen war eine Rekrutierung von Makrophagen und eine Hemmung der Angiogenese im Tumorbereich sichtbar. Lokale und systemische Proteintherapien mit dem Homodimer oder IL-23 hatten keinen Effekt auf das Wachstum des Tumors, was auf die Existenz eines weiteren noch unbekannten heterodimeren p40-Proteins hindeutet. In vitro konnte gezeigt werden, dass IL-23 die IFN-gamma-Produktion durch Splenozyten induziert und dieser Effekt durch das Homodimer antagonisiert werden kann. Interessanterweise kann es in primären Milzzellkulturen auch IL-12 antagonisieren. Eine In-vitro-Infektion führte zu einer p40-abhängigen IFN-gamma-Produktion, die auch durch das Homodimer antagonisiert werden konnte. Während die Effekte der p40-Proteine im Infektionsmodell möglicherweise auf IL-23 zurückgeführt werden können und diese Effekte auch durch In-vitro-Untersuchungen gestützt werden, muss nach den Ergebnissen im Tumormodell auf die Existenz eines weiteren, bisher unbekannten p40-Proteines, p40-x, geschlossen werden. / Interleukin-12 (IL-12) is a key cytokine in the development of a protective cellular Th1 immune response. It consists of a p40 and a p35 subunit. Following stimulation with IL-12, NK and T cells produce large amounts of IFN-gamma resulting in a type 1 immune response. The p40 subunit of IL-12 is also part of other biologically active proteins such as monomeric or homodimeric p40 or the heterodimeric IL-23 (in combination with a p19 subunit). While in this study the homodimeric p40 appears to antagonize IL-12, IL-23 was demonstrated to have agonistic effects. The aim of this study was to investigate p40-dependent effects which can be observed independently of IL-12, i.e. potential effects mediated by IL-23. For the experiments mutant mice were used so that IL-12 dependent mechanisms could not play a role but only p40-dependent proteins excluding IL-12. In a Salmonella Enteritidis infection model p35-gene deleted (p35-/-) and p40-/- mice were used. As the expression of p40 is induced by bacterial antigen, differences between the strains were caused by the p40 protein. During the infection p40 proteins induced IFN-gamma production thus improving the killing of intracellular pathogens. This resulted in a better control of the systemic infection and longer survival periods of the p35-/- mice as compared to p40-/- mice. For the experiments in the tumor model using the Lewis-Lung carcinoma and the Melanoma B16 as tumors, p35/40-/- mice which are unable to produce any p40 proteins, received gene therapy with DNA encoding for p40. This local gene therapy resulted in a reduced tumor growth. Immunohistochemical examination revealed an infiltration of the tumor tissue with macrophages and a reduced neoangiogenesis within the tumor. This effect could not be achieved by local administration of IL-23 or the p40-homodimer as a protein, indicating the existence of an as yet unknown heterodimeric p40 protein. In vitro experiments showed that IL-23 induces IFN-gamma production by splenocytes and this effect can be antagonized by the homodimer. Interestingly, IL-23 is also able to antagonize IL-12 in primary splenocyte cultures. In vitro infection with Salmonella resulted in an p40-dependent IFN-gamma production that could also be antagonized by the homodimer. The protective effects in the infection model might be caused by IL-23, which is supported by the in vitro results. On the other hand, in the tumor model IL-23 does not seem to be the player and it must be concluded that the protective effects are caused by an other as yet unknown p40-dependent protein p40-x.