Dissection of kinase-dependent and -independent functions of TYK2 in tumor immune surveillance.

Das Immunsystem - bestehend aus dem angeborenen und dem erworbenen Immunsystem - schützt den Körper vor Pathogenen und transformierten Krebszellen. Die Kommunikation aller beteiligten Immunzellen erfolgt über das Zytokin Netzwerk und über Zell-Zell- Kontakte. Eine Fehlregulation dieser komplexen Kommunikationssysteme kann zu Autoimmunerkrankungen, entzündlichen Erkrankungen und Krebserkrankungen führen. Um rasch auf veränderte Bedingungen reagieren zu können, müssen Zellen Signale von der Zelloberfläche in den Kern transportieren. Ein prominenter Vertreter zur Übertragung von Zytokin- Signalen ist der sogenannte "Janus kinase/signal transducer and activator of transcription", kurz JAK/STAT Signalweg. Durch die Bindung an speziellen Rezeptoren auf der Zelloberfläche aktivieren Zytokine Rezeptor-assoziierte JAKs. Diese aktivierten JAKs phosphorylieren Tyrosin-Reste am Rezeptor und bereiten dadurch eine Andockstelle für Mitglieder der STAT Protein Familie vor. Die aktivierten STAT-Dimere wandern in den Zellkern und induzieren Genexpression. Tyrosin Kinase 2 (TYK2) ist eines von vier Mitgliedern der Proteinfamilie der Janus Kinasen. Ein Fehlen von TYK2 führt nach erfolgter Zytokinbindung wie Interferon (IFN) Typ I Zytokinen oder Zytokinen der Interleukin (IL)-10 oder IL-12 Zytokinfamilie zu einer herabgesetzten STAT-Aktivierung. Als Konsequenz kommt es zu einer verminderten Immunabwehr gegenüber Viren, bakteriellen Infektionen und erhöhtem Krebsrisiko. Neben der katalytischen Funktion von JAKs und deren Rolle im Zytokin Netzwerk gibt es einige wenige Publikationen, die mögliche nicht-katalytische Funktionen aufzeigen. Um die Kinase-abhängigen und Kinase-unabhängigen Funktionen von TYK2 in vitro und in vivo zu erforschen, generierten wir eine Kinase-inaktive TYK2 Mutante. Der Aminosäureaustausch eines Lysins (K923) gegen eine Glutaminsäure (E) in der ATP-Bindungsschleife der Kinase-Domäne führte zu einem katalytisch inaktiven TYK2 Protein. Diese so generierten Tyk2K923E Mäuse sind überlebensfähig und fertil. Genaue Analysen dieser Knock-in Mäuse zeigten, dass der IFN oder der IL-12- Signalweg in Immunzellen des angeborenen oder des erworbenen Immunsystems nur bei Kinase-aktivem TYK2 Protein unbeeinträchtigt ist. Das modifizierte TYK2K923E Protein kann das komplette Fehlen von TYK2 nicht kompensieren, wirkt aber auch nicht inhibierend. Passend zu diesen Ergebnissen konnte das Kinase-inaktive TYK2 Protein auch in der Immunabwehr nach Virusinfektionen mit Vesicular stomatitis virus (VSV) und Encephalomyocarditis virus (EMCV) fehlendes TYK2 Protein nicht ersetzen. Kinase-inaktives TYK2 Protein konnte jedoch ein lokales Tumorwachstum einschränken. In der Regulierung der zytotoxischen Aktivität von natürlichen Killerzellen (NK Zellen) konnte TYK2K923E das Fehlen von TYK2 Protein ersetzten, nicht aber in der Regulierung der zytotoxischen Aktivität von zytotoxischen T Zellen. Bei weiteren Versuchen zeigte sich, dass Tyk2K923E Mäuse im Vergleich zu wildtyp Tieren oder TYK2-defizienten Mäusen intermediär, also teilweise anfällig oder resistent auf hochdosiert injiziertes Lipopolysaccharid (LPS) reagierten. Dieses Ergebnis deutet auf sowohl Kinase-abhängige, als auch Kinase-unabhängige Funktionen von TYK2 bei Endotoxinschock hin. Zusammenfassend konnte uns die Analyse dieses neuen Mausmodells neue Erkenntnisse über Kinase-unabhängigen Funktionen von TYK2 liefern. Zusätzlich ist dieses Mausmodell für die genaue Analyse von "Off-target" Effekten bei der Behandlung mit JAK-Inhibitoren geeignet.