Role of interleukin-33 and Notch signalling in vascular stability and inflammation

Prosjektnummer: 2013115
Ansvarlig person: Guttorm Haraldsen
Institusjon: Oslo universitetssykehus HF
Prosjektkategori: Åpen prosjektstøtte
Helsekategori: Inflammatory and Immune System
Forskningsaktivitet: 1. Underpinning

2015 - sluttrapport

Prosjektet har avdekket at Notch-systemet regulerer aktiveringsgraden av endotelceller i blodårene i betennelseslesjoner. Prosjektet viderutvikles nå som et optimaliseringsprosjekt finansiert av NFR for å generere rekombinante antistoffer som kan brukes terapeutisk.

2014

Hvordan blodårene regulerer betennelse og vi kan lage nye legemidlerDet er stor interesse for å forstå mekanismene som kontrollerer at cellene i blodåreveggen holder seg i ro, men likevel responderer kraftig når det oppstår betennelse.Prosjektet har sitt utspring i vår oppdagelse av en signalsubstans (interlevkin-33) som har komplekse funksjoner: I levende celler sitter det i cellekjernen og påvirker genuttrykket når celler aktiveres, mens det ved celleskade frigjøres og blir til en løselig signalsubstans som kan aktivere andre celler. Vi har nå begynt å forstå funksjonen til IL-33 i aktiverte fibroblaster (rapportert i detalj for våre prosjekter 2011008 og 2012081), mens dette er vanskeligere i åreveggscellene. Grunnen er at mus ikke har IL-33 i disse cellene og dermed kan ikke funksjonen studeres i transgene mus der genet er inaktivert. Vi har derfor satt i oppdrag å lage en transgen rotte som mangler IL-33 og vil gå i gang med å karakterisere karfunksjonen så snart vi har disse i hus. Reguleringen av IL-33 i åreveggen lar oss i mellomtiden spekulere: IL-33 er til stede i kjernen hos såkalte hvilende (engelsk: quiescent) celler, men forsvinner når de stimuleres til å dele seg for å lage nye blodårer. Det er derfor ikke overraskende at IL-33 er fullstendig fraværende i kar som vokser inn i svulster. Under forsøk på å forstå reguleringen av IL-33 i blodåreceller oppdaget vi at IL-33 genuttrykket reguleres av signalsystemet som kalles Notch (Sundlisæter 2012). Notchsystemet kontrollerer hvordan de forskjellige celletypene organiserer seg under embryonalutviklingen og substanser som blokkerer Notch signalet (f.eks. anti-DLL4, vårt samarbeid med Genentech) er under utvikling til legemiddel mot karvekst i kreftbehandling. Mens vi karakteriserte denne regulering oppdaget vi at et annet Notch-signal, Jagged1, ble oppregulert når cellene ble aktivert som ved betennelse. For å forstå hvilken rolle Jagged1 spiller ved slik aktivering blokkerte vi denne oppreguleringen med såkalt siRNA-teknikk og gjorde samtidig helgenomisk transkripsjons-analyse. Vi fant at evnen til aktivering var sterkt dempet når Jagged1 ble hemmet. Vi innledet derfor et samarbeid med Ralf Adams’ gruppe i Münster fordi denne gruppen hadde generert transgene mus der Jagged1 og andre Notch ligander kan inaktiveres selektivt i blodåreceller. I disse forsøksseriene viste vi at Notch signalveien regulerer betennelsesresponsen i åreveggsceller og submitterte manuskriptet til Nature Immunology. Manuskriptet ble godt mottatt og vi er invitert til å utvide studien ved bl.a. å kartlegge hvordan Notch påvirker aktiveringen på molekylært nivå. På bakgrunn av denne studien er nå samarbeidet med Genentech utvidet og vi skal evaluere nykarakteriserte antistoffer mot flere Notch ligander. I tillegg rekrutterte vi i fjor en forsker fra industrien (Affytech) som behersker fagdispplay of seleksjon av rekombinante antistoffer. Det er god grunn til å anta at man vil kunne tiltrekke nye investorer for å utvikle slike antistoffer. Vi har mottatt midler fra NFRs Biotek2012 program til optimalisering av disse funnene. Den prekliniske effekten i knockout-modellene er kraftig og gode antistoffer vil kunne bli en ny generasjon biologiske legemidler til bruk ved kroniske betennelsesykdommer.

2013

Hvordan blodårene regulerer betennelse og vi kan lage nye legemidlerDet er stor interesse for å forstå mekanismene som kontrollerer at cellene i blodåreveggen holder seg i ro, men likevel responderer kraftig når det oppstår betennelse.Prosjektet har sitt utspring i vår oppdagelse av en signalsubstans (cytokinet IL-33) som er til stede i kjernen hos slike hvilende (engelsk: quiescent) celler, men som raskt forsvinner når de stimuleres til å dele seg for å lage nye blodårer. Det er derfor ikke overraskende at IL-33 er fullstendig fraværende i kar som vokser inn i svulster. Til tross for fortsatt uklar funksjon som kjerneprotein (se forøvrig vårt prosjekt 2011044), er IL-33 til nå den beste markøren for hvilende blodåreceller. Under forsøk på å forstå reguleringen av IL-33 i blodåreceller har vi nå oppdaget at uttrykket av IL-33 drives av et signalsystem kalt Notch. Dette systemet kontrollerer hvordan de forskjellige celletypene i organet organiserer seg og substanser som blokkerer Notch signalet (f.eks. anti-DLL4, vårt samarbeid med Genentech) er under utvikling til legemiddel mot karvekst i kreftbehandling, men dataene våre og andre data fra Genentech (Yan et al Nature, 2010; 463:E6) påpeker at slik blokade vil kunne føre til ustabil kardannelse. Vår studie er publisert i 2012. I parallelle studier undersøker vi nå balansen mellom DLL4 og et annet Notch-signal (Jagged1). Vi viste først at mens DLL4 transkripsjon nedreguleres når cellene aktiveres, stiger Jagged1. For å forstå hvilken rolle Jagged1 spiller ved slik aktivering blokkerte vi denne oppreguleringen og gjorde samtidig helgenomisk transkripsjons-analyse. Vi finner at evnen til aktivering er sterkt dempet når Jagged1 hemmes. Vi innledet derfor et samarbeid med Ralf Adams’ gruppe i Münster fordi denne gruppen har generert transgene mus der Jagged1 og andre Notch ligander kan inaktiveres selektivt i blodåreceller. Den første forsøksserien i en dyremodell for kontaktdermatitt viste en tendens til redusert inflammasjon når Jagged1 er slått ut. Vi tok derfor et skritt tilbake og viste med bl.a. en annen knockout-modell og en modell med konstitutiv aktiv overekspresjon at Notch signalveien regulerer betennelses responsen. Vi skriver nå ferdig et manuskript som for første gang rapporterer at Notch regulerer betennelsesresponsen in endotelceller. På bakgrunn av denne studien er nå samarbeidet med Genentech utvidet og vi skal evaluere nykarakteriserte antistoffer mot flere Notch ligander. Vi rekrutterer nå en forsker fra industrien (Affytech) som behersker fagdispplay of seleksjon av rekombinante antistoffer. Det er god grunn til å anta at man vil kunne tiltrekke nye investorer for å utvikle slike antistoffer. Det forberedes en søknad om Innovasjonsmidler fra HSØ og andre kilder. Dette er en lang vei med høy risiko, men den prekliniske effekten i knockout-modellene er kraftig og gode antistoffer vil kunne bli en ny generasjon biologiske legemidler til bruk ved kroniske betennelsesykdommer.

Vitenskapelige artikler

Schrumpf E, Tan C, Karlsen TH, Sponheim J, Björkström NK, Sundnes O, Alfsnes K, Kaser A, Jefferson DM, Ueno Y, Eide TJ, Haraldsen G, Zeissig S, Exley MA, Blumberg RS, Melum E

The biliary epithelium presents antigens to and activates natural killer T cells.

Hepatology 2015 Oct;62(4):1249-59. Epub 2015 mai 20

PMID: 25855031

Sundnes O, Pietka W, Loos T, Sponheim J, Rankin AL, Pflanz S, Bertelsen V, Sitek JC, Hol J, Haraldsen G, Khnykin D

Epidermal Expression and Regulation of Interleukin-33 during Homeostasis and Inflammation: Strong Species Differences.

J Invest Dermatol 2015 Jul;135(7):1771-80. Epub 2015 mar 4

PMID: 25739051

Øynebråten I, Barois N, Bergeland T, Küchler AM, Bakke O, Haraldsen G

Oligomerized, filamentous surface presentation of RANTES/CCL5 on vascular endothelial cells.

Sci Rep 2015;5():9261. Epub 2015 mar 20

PMID: 25791723

Kasprzycka M, Hammarström C, Haraldsen G

Tenascins in fibrotic disorders-from bench to bedside.

Cell Adh Migr 2015;9(1-2):83-9.

PMID: 25793575

Tveita Anders A, Schjesvold Fredrik H, Sundnes Olav, Haabeth Ole Audun W, Haraldsen Guttorm, Bogen Bjarne

Indirect CD4+ T-cell-mediated elimination of MHC II(NEG) tumor cells is spatially restricted and fails to prevent escape of antigen-negative cells.

Eur J Immunol 2014 Sep;44(9):2625-37. Epub 2014 jun 20

PMID: 24846412

Skårn Magne, Noordhuis Paul, Wang Meng-Yu, Veuger Marjan, Kresse Stine Henrichson, Egeland Eivind Valen, Micci Francesca, Namløs Heidi Maria, Håkelien Anne-Mari, Olafsrud Solveig Mjelstad, Lorenz Susanne, Haraldsen Guttorm, Kvalheim Gunnar, Meza-Zepeda Leonardo Andrés, Myklebost Ola

Generation and characterization of an immortalized human mesenchymal stromal cell line.

Stem Cells Dev 2014 Oct 1;23(19):2377-89. Epub 2014 jun 30

PMID: 24857590

Pandya A D, Leergaard T B, Dissen E, Haraldsen G, Spurkland A

Expression of the T cell-specific adapter protein in human tissues.

Scand J Immunol 2014 Sep;80(3):169-79.

PMID: 24910151

Doktorgrader

Reidunn Jetne Edelmann

Molecular mechanisms of endothelial cell quiescence and proinflammatory activation

Disputert:: april 2015
Hovedveileder:: Guttorm Haraldsen

Eirik Sundlisæter

Involvement of Notch signaling in quiescence and inflammatory activation of endothelial cells.

Disputert:: juli 2015
Hovedveileder:: Guttorm Haraldsen

Deltagere

Stig Krüger Doktorgradsstipendiat
Eirik Sundlisæter Postdoktorstipendiat
Johanna Hol Forsker (annen finansiering)
Guttorm Haraldsen Prosjektleder
Anita Kavlie Forsker (annen finansiering)
Lars la cour Poulsen Postdoktorstipendiat
Lars la Cour Paulsen Postdoktorstipendiat

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til eRapport

Personvern - Informasjonskapsler