Universität zu Köln

Hemmers, Saskia (2010). Novel Roles for Arginine Modifying Enzymes in Immune Regulation. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Arginine modifying enzymes are important transcriptional regulators involved in many cellular processes. Cytokine expression by immune cells is a highly regulated process, since cytokine imbalance is associated with severe pathological consequences including autoimmunity, autoinflammation and asthma. Th2 mediated IL-4 expression is a tightly regulated process. The NFAT interacting protein NIP45 is an essential regulator of IL-4 expression by Th2 cells. Furthermore, NIP45-mediated IL-4 expression is enhanced by arginine methylation of NIP45. Here, I demonstrate that arginine deimination of NIP45 by PAD4 negatively regulates IL-4 expression. PAD4 can deiminate NIP45 both in vitro and in vivo. Overexpression of PAD4 can suppress NIP45-mediated IL-4 expression. Interestingly, the suppressive activity of PAD4 is independent of its catalytic activity. Furthermore, Th2 cells from PAD4-deficient mice that I generated for this thesis display elevated IL-4 secretion. Taken together, I have established that PAD4 is a negative regulator of IL-4 expression. Although PAD4 can deiminate NIP45, the catalytic activity of PAD4 is not required for suppression of NIP45-mediated IL-4 secretion. CARM1 coactivates NFkB-mediated transcription of several proinflammatory genes including IL-6, TNFa, and IP-10 in MEFs. In contrast, I demonstrate that CARM1 is a negative regulator of NFkB-mediated proinflammatory cytokine secretion in macrophages. CARM1-deficient BMDMs secrete significantly more IL-6 and TNFa upon LPS stimulation than CARM1-sufficient BMDMs, without exhibiting a difference in IL-10 secretion. In addition, CARM1 is reported to coactivate glucocorticoid-receptor mediated transcription. Here, I show that glucocorticoid mediated trans-repression of NFkB in BMDMs is not regulated by CARM1. In conclusion, the results from this thesis reveal novel roles for arginine modifying enzymes in cytokine expression by Th2 cells and macrophages. PAD4 is a negative regulator of NIP45-mediated IL-4 secretion in Th2 cells. In addition, the generation of the PAD4 conditional knockout strain will allow a more detailed analysis of PAD4 in immune regulation. Furthermore, CARM1 is a negative regulator of NFkB-mediated proinflammatory cytokine secretion in macrophages, revealing cell-type specific differences for CARM1 function in macrophages and MEFs.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die posttranslationale Modifizierung von Argininen durch Arginin- Methyltransferasen oder Arginin-Deiminasen, spielt eine wichtige Rolle in verschiedensten zellulaeren Prozessen. Die Sekretion von Zytokinen durch Zellen des Immunsystems ist stark reguliert, u.a. durch posttranslationale Modifikation. Fehlregulation von Zytokinen hat pathologische Konsequenzen, wie z.B. Autoimmunitaet, Inflammation und Asthma. Th2 Zellen sind die Hauptproduzenten des Zytokins IL-4, dessen Produktion ebenfalls stark reguliert ist. NIP45, ein Protein das mit NFAT interagiert, ist ein wichtiger Modulator der IL-4 Sekretion durch Th2 Zellen. Die Methylierung von Argininen im NIP45-Protein hat einen positiven Effekt auf IL-4 Expression. Im Rahmen dieser Doktorarbeit konnte gezeigt werden, dass die Deimination von Argininen im NIP45-Protein durch PAD4 einen negativen Effekt auf IL-4 Protein Expression hat. PAD4 deiminiert NIP45 sowohl in vitro als auch in vivo. Ueberexpression von PAD4 fuehrt zu Repression von IL-4 Sekretion durch NIP45. Dieser Effekt ist allerdings unabhaengig von der enzymatischen Aktivitaet von PAD4. Um den Effekt von PAD4 auf IL-4 Produktion genauer zu untersuchen, wurden PAD4 cKO Maeuse generiert. Interessanterweise weisen Th2 Zellen, die aus PAD4- defizienten Maeusen isoliert wurden, erhoehte IL-4 Sekretion auf. Daraus schliesse ich, dass PAD4 einen negativen Effekt auf NIP45-induzierte IL-4 Expression hat. Obwohl PAD4 NIP45 deiminieren kann, scheint dieser Effekt nicht verantwortlich fuer die Regulierung von IL-4 Sekretion durch Th2 Zellen zu spielen. CARM1 ist ein Koaktivator von NFkB. In MEFs konnte gezeigt werden, dass CARM1 die Expression der proinflammatorischen Zytokine IL-6, TNFa und IP-10 positiv reguliert. Im Rahmen dieser Studie konnte erstmalig gezeigt werden, dass CARM1 einen negativen Einfluss auf die proinflammatorische Zytokin-Expression in Makrophagen hat. CARM1-Deletion in Makrophagen fuehrt zu vermehrter Sekretion von IL-6 und TNFa nach Stimulierung der Zellen mit LPS. CARM1 hat keinen Einfluss auf die Sekretion von IL-10. Desweiteren wurde die Rolle von CARM1 in der Transrepression von NFkB durch Glukokortikoide untersucht. Die Repression der proinflammatorischen Zytokin-Expression in CARM1-defizienten Makrophagen ist intakt. Zusammenfassend konnte im Rahmen dieser Arbeit eine neue Rolle sowohl fuer PAD4 als auch CARM1 in der Immunregulation gezeigt werden. PAD4 ist wichtig fuer die Deaktivierung der NIP45-induzierten IL-4 Expression in Th2 Zellen. Ausserdem werden die generierten PAD4-defizienten Mäuse hilfreich in der weiteren Analyse von PAD4 sein. Trotz der Rolle fuer CARM1 in der Koaktivierung von NFkB in MEFs, scheint CARM1 einen negativen Effekt auf die Expression der NFkB abhaengigen Zytokine IL-6 und TNFa zu haben. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Hemmers, Saskia hemmers@scripps.edu UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-31341
Date:	2010
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language PAD4, IL-4, NIP45, CARM1, NFkB German PAD4, IL-4, NIP45, CARM1, NFkB English
Date of oral exam:	4 July 2010
Referee:	Name Academic Title Bruening, Jens Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/3134