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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第23796号 / 医博第4842号 / 新制||医||1058(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 森信 暁雄, 教授 椛島 健治, 教授 杉田 昌彦 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

<p>Multiple myeloma (MM) is a virtually incurable B cell malignancy of the bone marrow. One important part of tumor progression and an obstacle for successful therapy is resistance to apoptosis. To combat this resistance, the mechanisms of apoptosis and survival in MM must be better defined. </p><p>In this thesis, we identified Fas up-regulation as a mechanism underlying interferon (IFN)-mediated sensitization to Fas-induced apoptosis in the MM cell line U-266-1970. IFN treatment induced activation of signal transducer and activator of transcription (Stat)1 but, intriguingly, also attenuated activation of MM survival factor Stat3. </p><p>Exploring the role of Stat1 further, we established sub-lines of U-266-1970 with a stable over-expression of Stat1 and of its active mutant Stat1C. These sub-lines displayed a decreased expression and activation of Stat3, and an altered expression of apoptosis-related genes Harakiri, Bcl-2 and Mcl-1. In a drug library screening, Stat1 over-expression was associated with an increased sensitivity to Fas-induced apoptosis and, conversely, an increased resistance to several drugs, including the cyclin dependent kinase (cdk)1 inhibitor CGP74514A. We conclude that Stat1 over-expression does not confer a general resistance or sensitivity to apoptosis in MM, but may strongly affect the response to some specific drugs.</p><p>We also explored the effects of picropodophyllin (PPP), an inhibitor of the insulin-like growth factor I (IGF-I) receptor tyrosine kinase (RTK), in MM. PPP selectively inhibited the IGF-I RTK activity without inhibiting the insulin RTK activity. Furthermore, PPP potently induced cell cycle arrest and apoptosis in all MM cell lines and patient samples tested, also in the presence of survival factors IGF-I and IL-6. We conclude that PPP has great therapeutic potential in MM </p><p>Finally, we examined the expression and regulation of the inhibitors of apoptosis proteins (IAPs) in a panel of MM cell lines and patient samples. The glucocorticoid dexamethasone, which is used in MM therapy, induced a transient up-regulation and a subsequent down-regulation of c-IAP2, as well as a down-regulation of XIAP, possibly influencing the sensitivity to apoptosis induced by this drug. Supporting this notion, abrogation of IGF-IR signaling by PPP, which sensitizes MM cells to dexamethasone-induced apoptosis, enhanced the down-regulation of c-IAP2 and XIAP.</p>

Multiple myeloma (MM) is a virtually incurable B cell malignancy of the bone marrow. One important part of tumor progression and an obstacle for successful therapy is resistance to apoptosis. To combat this resistance, the mechanisms of apoptosis and survival in MM must be better defined. In this thesis, we identified Fas up-regulation as a mechanism underlying interferon (IFN)-mediated sensitization to Fas-induced apoptosis in the MM cell line U-266-1970. IFN treatment induced activation of signal transducer and activator of transcription (Stat)1 but, intriguingly, also attenuated activation of MM survival factor Stat3. Exploring the role of Stat1 further, we established sub-lines of U-266-1970 with a stable over-expression of Stat1 and of its active mutant Stat1C. These sub-lines displayed a decreased expression and activation of Stat3, and an altered expression of apoptosis-related genes Harakiri, Bcl-2 and Mcl-1. In a drug library screening, Stat1 over-expression was associated with an increased sensitivity to Fas-induced apoptosis and, conversely, an increased resistance to several drugs, including the cyclin dependent kinase (cdk)1 inhibitor CGP74514A. We conclude that Stat1 over-expression does not confer a general resistance or sensitivity to apoptosis in MM, but may strongly affect the response to some specific drugs. We also explored the effects of picropodophyllin (PPP), an inhibitor of the insulin-like growth factor I (IGF-I) receptor tyrosine kinase (RTK), in MM. PPP selectively inhibited the IGF-I RTK activity without inhibiting the insulin RTK activity. Furthermore, PPP potently induced cell cycle arrest and apoptosis in all MM cell lines and patient samples tested, also in the presence of survival factors IGF-I and IL-6. We conclude that PPP has great therapeutic potential in MM Finally, we examined the expression and regulation of the inhibitors of apoptosis proteins (IAPs) in a panel of MM cell lines and patient samples. The glucocorticoid dexamethasone, which is used in MM therapy, induced a transient up-regulation and a subsequent down-regulation of c-IAP2, as well as a down-regulation of XIAP, possibly influencing the sensitivity to apoptosis induced by this drug. Supporting this notion, abrogation of IGF-IR signaling by PPP, which sensitizes MM cells to dexamethasone-induced apoptosis, enhanced the down-regulation of c-IAP2 and XIAP.

Background: Adherent-invasive Escherichia coli (AIEC) is a pathogen isolated from the ileum of patients with CD. IFNγ is a key mediator of immunity, which regulates inflammatory responses to microbial infections. Previously, we showed enterohemorrhagic E. coli prevents STAT1 activation. Aims: To determine; 1) whether activation of STAT1 by IFNγ was prevented following AIEC infection, and 2) define the mechanisms used. Methods: Human epithelial cells were infected with AIEC strains or other pathogenic and commensal E. coli strains. Following infection, cells were stimulated with IFNγ. Activation of STAT1, was monitored by immunoblotting. Results: AIEC strains prevented STAT1 phosphorylation in response to IFNγ. Effect required live bacteria with active protein synthesis. A bacterial product was responsible for blocking STAT1 signalling and interfered with downstream signalling cascades. Conclusion: Suppression of epithelial cell STAT1 signal transduction by AIEC strains represents a novel mechanism by which the pathogen evades host immune responses to the infection.

Background: Adherent-invasive Escherichia coli (AIEC) is a pathogen isolated from the ileum of patients with CD. IFNγ is a key mediator of immunity, which regulates inflammatory responses to microbial infections. Previously, we showed enterohemorrhagic E. coli prevents STAT1 activation. Aims: To determine; 1) whether activation of STAT1 by IFNγ was prevented following AIEC infection, and 2) define the mechanisms used. Methods: Human epithelial cells were infected with AIEC strains or other pathogenic and commensal E. coli strains. Following infection, cells were stimulated with IFNγ. Activation of STAT1, was monitored by immunoblotting. Results: AIEC strains prevented STAT1 phosphorylation in response to IFNγ. Effect required live bacteria with active protein synthesis. A bacterial product was responsible for blocking STAT1 signalling and interfered with downstream signalling cascades. Conclusion: Suppression of epithelial cell STAT1 signal transduction by AIEC strains represents a novel mechanism by which the pathogen evades host immune responses to the infection.

Mon projet de thèse a consisté en l'identification et la caractérisation moléculaire et immunologique de patients présentant une susceptibilité accrue aux infections fongiques par Candida sp. dans le syndrome Mendélien de candidose cutanéo-muqueuse chronique (CCMC).La CCMC est caractérisée par des infections persistantes ou récurrentes de la peau, des ongles et des muqueuses par les champignons Candida, principalement C. albicans. Elle est fréquemment associée à d'autres infections opportunistes dans certaines immunodéficiences primaires ou acquises, ou bien elle peut être associée à un tableau auto-immun. La CCMC peut finalement être isolée (CCMCi) sans autre tableau clinique sévère: la plupart des cas rapportés sont sporadiques, mais il existe également des cas familiaux avec une hérédité mendélienne autosomique principalement dominante (AD) ou plus rarement récessive (AR).Basés sur les données de la littérature, qui démontrent un rôle majeur de l'immunité dépendante des IL-17s dans la résistance aux infections mucocutanées vis-à-vis de C. albicans et nos résultats récents, qui démontrent un défaut de cette immunité dans certaines immunodéficiences primaires associées à une CCMC [les syndromes AD-HIES et AR APS-1, ainsi que chez les patients déficients en CARD9, nous avons émis l'hypothèse que parmi les patients atteints de CCMCi, certains pourraient présenter un défaut génétique affectant spécifiquement l'immunité IL-17-dépendante. Au début de ma thèse, j'ai participé à l'identification des deux premières étiologies génétiques de la CCMCi : le défaut autosomique récessif (AR) complet en IL-17RA et autosomique dominant (AD) en IL-17F. Plus récemment, j'ai identifié la troisième et la plus fréquente étiologie génétique de la CCMC par l'identification de mutations gain de fonction dans le gène STAT1 suite à une approche explorant l'ensemble du génome (séquençage de l'ensemble des exons). Ces mutations engendrent une " hyper-réponse " aux interférons de type I et II et à l'IL-27 qui inhibent la différentiation des lymphocytes T sécréteurs d'IL-17, impliqués dans l'immunité mucocutanée vis-à-vis de C. albicans chez l'homme.En conclusion, nous avons identifié, en 2011, des trois premières étiologies génétiques de la CCMCi, avec les défauts AR en IL-17RA, AD en IL-17F et des mutations gain-de-fonction de STAT1, toutes associées à un défaut de l'immunité dépendante de l'IL-17. Des mutations gain-de-fonction de STAT1 représentent à ce jour la cause génétique la plus fréquente de la CCMCi avec au total 94 patients rapportés dans la littérature depuis 2011. Nous avons ainsi démontré que la CCMCi est une immunodéficience primaire, associée à un défaut de l'immunité réalisée par les IL-17s. Ces travaux ont des implications majeures dans le domaine immunologique avec la description et la caractérisation des mécanismes biologiques impliqués dans l'immunité protectrice spécifique de C. albicans et une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques associés à une susceptibilité accrue aux infections fongiques, dans des conditions naturelles d'infection ; et dans le domaine médical, avec la possibilité de diagnostics moléculaires, un conseil génétique en cas de diagnostic positif, une meilleure prise en charge des patients.

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Die intrazelluläre Weiterleitung von Interferonsignalen von der Zytoplasmamembran zum Zellkern wird vermittelt über den Signaltransduktor und Aktivator der Transkription 1 (STAT1), welcher in seiner tetrameren Form als Transkriptionsfaktor an Immunantworten beteiligt ist. In diesem Projekt wurde der Protomerenaustausch zwischen STAT1-Dimeren unter kinetischen Gesichtspunkten untersucht und dabei dieser Prozess als ein potentiell geschwindigkeitsbestimmender Schritt des Aktivierungs-/Inaktivierungs-Zyklus von STAT1 identifiziert. Die Daten unterstützen einen alternativen Mechanismus für den Wechsel zwischen der parallelen und antiparallelen Konformation von STAT1-Dimeren basierend auf der Dissoziation und nachfolgenden Reassoziation von Protomeren, bei dem reziproke Interaktionen innerhalb des N-terminalen Domänendimers zur Stabilisierung eines intermediären Konformationsübergangs nicht benötigt werden. Durch Bindung an spezifische DNA-Zielbereiche, als Gamma-aktivierte Sequenzen (GAS) bezeichnet, wird die Dynamik des Protomerenaustauschs wesentlich beeinträchtigt. In der Sequenz des für das zytoskelettale Strukturprotein Ezrin kodierenden humanen EZR-Gens wurde mittels in silico Analyse ein doppeltes GAS-Motiv als mögliche STAT1-Zielsequenz identifiziert und die Bindung von STAT1-Dimeren an jedes der beiden Elemente sowie eine moderate Geninduktion bestätigt. Allerdings zeigen Mäuse mit einer N-terminalen Substitutionsmutation von STAT1, welche die kooperative DNA-Bindung beeinträchtigt, sowie auch ein kompletter funktioneller Knockout des Stat1-Gens keine veränderte Expression von Ezrin und Moesin in Knochenmarkszellen verglichen mit Mäusen, die das Wildtyp-Molekül exprimieren. In einem Myokardinfarktmodell durch Ligatur des Ramus interventricularis anterior zeigen männliche Mäuse mit Expression der Interferon-γ-irresponsiven STAT1-Mutante höhere Überlebensraten, während weibliche Tiere vor den nachteiligen Effekten des kardialen Remodellings in der frühen Phase geschützt sind. In entzündlichen myokardialen Infiltraten dieser Tiere wurde ein geringfügig höheres Expressionsniveau an tyrosinphosphoryliertem STAT1 nachgewiesen, während die Gesamtproteinmenge an STAT1 gegenüber dem Wildtyp reduziert war. Zellen aus lymphatischen Organen STAT1-defizienter Tiere mit experimenteller autoimmuner Enzephalomyelitis, die als Modell einer T-Helfer-Zell-vermittelten Autoimmunerkrankung verwendet wurde, zeigten einen hyperproliferativen Phänotyp und sezernierten größere Mengen an IFNγ und IL-17A. Injektion dieser Mäuse mit Lipopolysaccharid während der Induktionsphase der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis hob den hyperproliferativen Phänotyp vollständig auf. Zusammenfassend demonstrieren die Ergebnisse aus dieser Arbeit die Bedeutung einer kooperativen DNA-Bindung und Tetramerstabilisierung von STAT1 im Zusammenspiel komplexer immunologischer Prozesse auch in Abwesenheit infektiöser Pathogene und unterstreichen zudem die Schlüsselrolle von tyrosinphosphoryliertem STAT1 bei der Verknüpfung zwischen angeborenem und erworbenem Immunsystem.