p38 regulates the mTOR-mediated innate immune response

Die Mitogen-aktivierte Proteinkinase p38 spielt eine entscheidende Rolle bei der Entstehung einer Entzündungsreaktion. Inhibitoren von p38 wurden aufgrund ihrer entzündungshemmenden Eigenschaften in klinischen Studien eingesetzt, um ihre Wirkung in Krankheiten, wie zum Beispiel Arthritis oder Morbus Crohn, zu untersuchen. Viele dieser klinischen Studien zeigten jedoch keine Wirksamkeit der Inhibitoren und darüber hinaus konnte sogar das Auftreten von Entzündungen beobachtet werden. Der grundlegende Mechanismus, der dazu führt, dass durch die Inhibierung von p38 Entzündungen auftreten können, ist bislang unbekannt. Wir zeigen hier, dass die Hemmung von p38 durch die Inhibitoren BIRB0796 und SB203580 in humanen Monozyten dazu führt, dass nach Stimulierung von Toll-like Rezeptoren (TLR) die Produktion des entzündungsfördernden IL-12 gesteigert wird, während die Expression des entzündungshemmenden IL-10 vermindert wird. Auf der molekularen Ebene kann man durch Hemmung von p38 die Aktivierung der Serin/Threonin Kinase mammalian target of rapamycin (mTOR) verhindern, deren Funktion als wichtiger Regulator der IL-12/IL-10 Produktion in der angeborenen Immunität erst vor kurzem entdeckt wurde. Direkte Inhibierung von mTOR durch Rapamycin steigert ebenfalls die Produktion von IL-12 und senkt die Expression von IL-10. Gleichzeitige Aktivierung von p38 und mTOR in Monozyten durch UV Licht und LPS senkt die Freisetzung von IL-12, während IL-10 vermehrt exprimiert wird. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass die Aktivierung von mTOR durch p38 über TSC2 verläuft, da in Zellen, bei denen TSC2 deletiert ist, die p38 Inhibitoren BIRB0796 und SB203580 ihre inhibierende Wirkung auf mTOR nicht mehr ausüben konnten. Darüber hinaus konnten wir durch die Verwendung von Knockout-Mausmakrophagen feststellen, dass die Untereinheit p38α für die Aktivierung von mTOR verantwortlich ist. Durch die Inhibierung von p38 oder mTOR in humanen Monozyten differenzierten CD4+Helferzellen, die zusammen mit den Monozyten inkubiert wurden, verstärkt zu Th1 Zellen. In vivo Experimente zeigten, dass der Makrophagen-spezifische Knockout von p38 den Gehalt von IL-12 im Serum von Mäusen steigerte, nachdem sie mit LPS infiziert wurden, während der Gehalt an IL-10 zurückging. Zusammenfassend konnten wir nachweisen, dass die Inhibierung von p38 in humanen Monozyten entzündungsfördernde Auswirkungen zur Folge hat und dass es eine bislang unbekannte Verbindung zwischen p38 und mTOR gibt, welche wichtig für die Regulation der angeborenen Immunantwort ist.The mitogen-activated protein kinase p38 plays a crucial role in the onset of inflammation. Due to their potent anti-inflammatory effects, p38-inhibitors have been evaluated in clinical studies for the treatment of inflammatory diseases, such as rheumatoid arthritis or Crohn’s disease. However, most clinical trials failed to show clinical efficacy, and moreover, there was an unexpected appearance of inflammatory events under p38-inhibitor treatment in some patients. However, the underlying mechanism how inhibition of p38 may promote inflammation is largely unknown. I now show that the p38 inhibitors BIRB0796 and SB203580 augment the expression of the proinflammatory cytokine IL-12 in human monocytes or murine macrophages after stimulation with Toll-like receptor (TLR) ligands, while the production of the anti-inflammatory cytokine IL-10 is abrogated. On the molecular level, inhibition of p38 blocked the TLR-induced activation of the serine/threonine kinase mTOR, a recently identified critical regulator of IL-12/IL-10 production in the innate immune system. In agreement, direct inhibition of mTOR increased IL-12 production, while IL-10 was profoundly blocked. Activation of p38 with anisomycin or UV induced mTOR signaling, and accordingly, blocked IL-12 but enhanced IL-10 production of LPS-stimulated monocytes. Moreover, p38-mediated activation of mTOR in monocytes was dependent on TSC2, as deletion of TSC2 abolished the inhibitory effects of BIRB0796 and SB203580 on mTOR. Additionally, I observed that the isoform p38α is responsible for the activation of mTOR, as deletion of p38α in mouse macrophages blocked mTOR activation after TLR stimulation. In vivo, macrophage-specific knockout of p38α blocked mTOR signaling in the spleen of mice challenged with LPS and raised the IL-12 serum levels, while the levels of IL-10 were attenuated. On the functional level, inhibition of p38 or mTOR in monocytes strongly promoted the differentiation of CD4+ Th1 cells. In conclusion, we provide evidence that inhibition of p38 has proinflammatory effects in human monocytes as well as mouse macrophages and identify a novel link from p38 to mTOR that is central for the regulation of the innate immune response