Full length interleukin 33 aggravates radiation-induced skin reaction

The interleukin (IL)-1 family member IL-33 has been described as intracellular alarmin with broad roles in wound healing, skin inflammation but also autoimmunity. Its dichotomy between full length (fl) IL-33 and the mature (m) form of IL-33 and its release by necrosis is still not fully understood. Here, we compare functional consequences of both forms in the skin in vivo, and therefore generated two lines of transgenic mice which selectively overexpress mmIL-33 and flmIL-33 in basal keratinocytes. Transgene mRNA was expressed at high level in skin of both lines but not in organs due to the specific K14 promoter. We could demonstrate that transgenic overexpression of mmIL-33 in murine keratinocytes leads to a spontaneous skin inflammation as opposed to flmIL-33. K14-mmIL-33 mice synthesize and secrete high amounts of mmIL-33 along with massive cutaneous manifestations, like increased epidermis and dermis thickness, infiltration of mast cells in the epidermis and dermis layers and marked hyperkeratosis. Using skin inflammation models such as IL-23 administration, imiquimod treatment, or mechanical irritation did not lead to exacerbated inflammation in the K14-flmIL-33 strain. As radiation induces a strong dermatitis due to apoptosis and necrosis, we determined the effect of fractionated radiation (12 Gy, 4 times). In comparison to wild-type mice, an increase in ear thickness in flmIL-33 transgenic mice was observed 25 days after irradiation. Macroscopic examination showed more severe skin symptoms in irradiated ears compared to controls. In summary, secreted mmIL-33 itself has a potent capacity in skin inflammation whereas fl IL-33 is limited due to its intracellular retention. During tissue damage, fl IL-33 exacerbated radiation-induced skin reaction

Untersuchung unterschiedlicher Formen von Interleukin 33 in Hautentzündungsmodellen

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Analyse des Zytokins IL-33 in der Hautentzündung und den funktionalen Auswirkungen der Überexpression der beiden IL-33-Formen: mflIL-33 (murines full length IL-33) und mmIL-33 (murin mature (verkürzt, reif) IL-33) in basalen Keratinozyten der Maus. Für diese Untersuchungen wurden zwei transgene Mauslinien generiert, die jeweils eine der beiden IL-33-Varianten unter dem K-14-Promoter hautspezifisch überexprimieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Überexpression von mmIL-33 in Gegensatz zu mflIL-33 zu einer spontanen Hautentzündung führt. K14-mmIL-33-Maus entwickelte makroskopisch sichtbare massive entzündliche Hautveränderungen, wie gerötete Hautpartien mit starker Krustenbildung und blutigen Läsionen. In histologischen Untersuchungen konnte die Mastzell-Infiltration der Epidermis und Dermis, Zunahme der Dicke der beiden Hautschichten, Hyperkeratosen und abschnittsweise eine schwere Hyperplasie und Fibrose detektiert werden. Auf mRNA Ebene konnte gezeigt werden, dass die Induktion von mmIL-33 in der Haut die Produktion verschiedener proinflammatorischen Zytokine und Chemokine hoch regulierte, was zu Entzündungsprozessen in der Haut beitragen kann. Die Untersuchungen des zweiten Mausmodells (K14-mflIL-33-Maus) ergaben vorerst keine sichtbaren Auswirkungen der flIL-33-Überexpression in der Haut. Mittels verschiedenen Entzündungs-Modellen der Haut wie IL-23-Injektion, Imiquimod induzierte Dermatitis und mechanische Zerstörung der Hautbarrierefunktion wurde untersucht, ob der Hautphänotyp in transgenen Mäusen von der Stärke der IL-33 Expression abhängig ist. Keines der erwähnten tierexperimentellen Entzündungs-Modellen hat zur Veränderung des Hautphänotyps der K14-mflIL-33-Maus geführt. Es ist bekannt, dass ionisierende Strahlung die Induktion der Expression und Sezernierung von Zytokinen und Wachstumsfaktoren in der Haut fördert. Außerdem löst die Bestrahlung Apoptose und Nekrose in den betroffenen Hautpartien aus. In einem weiteren Abschnitt dieser Arbeit sollte untersucht werden, wie ionisierende Strahlung auf die Produktion und Freisetzung von IL-33 in murinen Keratinozyten wirkt. Mit Hilfe der murinen Keratinozytenzelllinie PDV, die mit dem K14-mflIL-33-Plasmid transfiziert und anschließend bestrahlt wurde, konnten die strahleninduzierten Veränderungen hinsichtlich der mflIL-33-Produktion und Freisetzung detektiert werden. Nach Bestrahlung wurde die Verringerung von IL-33 im Zellpellet und Erhöhung im Zellkulturüberstand der mit K14-mflIL-33-Plasmid transferierten PDVs im Vergleich zu nicht bestrahlten Zellen beobachtet. Für die weitere Untersuchungen in vivo wurden Wildtyp- und K14-mflIL-33-Mäuse verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass in Folge einer Bestrahlung K14-mflIL-33-Mäuse eine verstärkte Bildung von Erythem, Ödem und Entzündung der Epidermis aufwiesen, was mit einer vermehrten Freisetzung des Zytokins IL-33 einherging. Zusammenfassend zeigen die durchgeführten Untersuchungen, dass das Zytokin IL-33 in seiner verkürzten Form (mmIL-33) eine sehr starke pro-inflammatorische Wirkung in der Haut hat, während die Wirkungsweise der kompletten IL-33-Form (mflIL-33) durch intrazelluläre Funktionen begrenzt ist. Weiterhin demonstriert die vorliegende Arbeit eine wichtige Rolle des Zytokins als „Alarmin“. Es konnte gezeigt werden, dass mflIL-33 bestrahlungsinduzierte Hautveränderungen in dem K14-mflIL-33-Mausmodel verschlimmert indem es bei der massiver Gewebezerstörung die Zelle verlässt und das Immunsystem in Allarmbereitschaft versetzt