title: Monitoring und pharmakologische Modulation von JAK-STAT-Signalwegen
Creators: name: Nunius, Christoph
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024

description: Hintergrund und Ziele Zytokine stellen eine heterogene Gruppe von Proteinen dar, die eine herausragende Rolle in der interzellulären Signalübertragung einnehmen. Diverse Zytokine sind unter anderem entscheidend an der Entstehung und Aufrechterhaltung von Autoimmunerkrankungen beteiligt. Zytokine binden hierbei zum Zwecke der Signaltransduktion an wiederum sehr heterogene Rezepto-ren auf der Zelloberfläche. Eine wesentliche Gruppe dieser Zytokinrezeptoren stellt die Familie der TypI-/TypII-Zytokinrezeptoren dar. Eine Untergruppe dieser Rezeptoren ist mit sogenannten Januskinasen assoziiert, deren katalytische Aktivität STAT-Proteine phosphoryliert. Es wurde eine Reihe von Medikamenten zur Modulation der Signaltransduktion von Januskinasen entwickelt, unter anderem Tofacitinib, ein wirksamer Inhibitor von JAK3. Im Rahmen dieser Arbeit sollte auf Basis bereits bestehender Publikationen ein Assay etabliert werden, mit dessen Hilfe die individuelle physiologische Aktivität der JAK-STAT-Signalwege in Leukozyten abgebildet werden kann. Zusätzlich sollten die Auswirkungen pharmakologischer Interventionen auf diesen Signalweg untersucht werden. Methoden Die quantitative Messung der Phosphorylierung von STAT-Proteinen erfolgte mittels Durchflusszytometrie. Hierfür erfolgte die intrazelluläre Immunfluoreszenzfärbung von STAT-Proteinen mit entsprechenden Antikörpern. Die Blutproben stammen von gesunden Freiwilligen und Patienten der Ambulanzen der Medizinischen Klinik 3 des Universitätsklinikums Erlangen. Die Patienten litten an Erkrankungen des rheumatischen Formenkreises sowie anderen immunologischen Erkrankungen. Ergebnisse und Beobachtungen Es fand sich eine interindividuell deutlich verschiedene Bandbreite sowohl der Phosphorylierung der STAT-Proteine ruhender Zellen wie auch des jeweiligen Ansprechens auf die Koinkubation mit Zytokinen. Eine mögliche Erklärung dieses Phänomens könnte im ausgeprägten genetischen Polymorphismus der JAK-Proteine bestehen. Zusätzlich sollte die Wirkung verschiedener Konzentrationen von Tofacitinib in den jeweiligen Individuen beobachtet werden. Es gelang in allen Fällen eine deutliche Inhibierung der Phosphorylierung von STAT-Proteinen. Der stärkste Effekt zeigte sich hierbei bezüglich der Phosphorylierung von STAT5, wie es von Tofacitinib als primär Inhibitor von JAK3 zu erwarten war. Auch im Ansprechen auf Tofacitinib zeigte sich ein interindividuell höchst unterschiedliches Ansprechen. Ein pharmakodynamisches Monitoring von Therapien mittels dieses einfachen Assays ist somit prinzipiell möglich. Im Einzelfall kann gegebenenfalls im Rahmen neuartiger therapeutischer Verfahren eine Empfehlung zur Dosisanpassung auf Basis solcher pharmakodynamischer Beobachtungen erfolgen. Zusätzlich erfolgte das Monitoring pharmakodynamischer Interventionen. Bei Einsatz von TNF-alpha-Inhibitoren in Patienten konnte gezeigt werden, dass auch bei guter klinischer Kontrolle der rheumatischen Grunderkrankung der JAK-STAT-Signalweg für weitere Stimulation zugänglich zu sein scheint. Adalimumab, beispielhaft für die Familie der TNF-alpha-Inhibitoren eingesetzt, zeigte keinen wesentlichen Einfluss auf die Tofacitinib-vermittelte Inhibition der Phosphorylierung von STAT-Proteinen. Die Daten der mittels PHA-Inkubation „aktivierten“ Zellen deuten eine leichte Verstärkung der durch Tofacitinib vermittelten Inhibierung an. Weiterhin sollte die Wirkung von Steroiden auf den JAK-STAT-Signalweg untersucht werden. Es ergaben sich keine Hinweise auf eine direkte Interak-tion von Steroiden mit Januskinasen. Nur bei langen Inkubationszeiten konnte ein Effekt von Steroiden auf die Signalübertragung über den JAK-STAT-Signalweg gezeigt werden. Dieser Effekt ist am ehesten über Bindung an den intrazellulären Steroidrezeptor und folgende Wirkung als Transkriptionsfaktor zu erklären. Schlussfolgerungen Ein pharmakodynamisches Monitoring von Therapien mittels dieses einfachen Assays ist prinzipiell möglich. Im Einzelfall kann gegebenenfalls im Rahmen neuartiger therapeutischer Verfahren eine Empfehlung zur Dosisanpassung auf Basis solcher pharmakodynamischer Beobachtungen erfolgen. Im klinischen Alltag erscheint bei unzureichendem Ansprechen einer bestehenden Therapie mittels TNFa-Inhibitor die Möglichkeit einer Augmentierung durch Tofacitinib möglich. In den vorliegenden Daten erwies sich diese Kombination in hoher Dosierung von Tofacitinib als äußerst effektiv in der Modulation des JAK-STAT-Signalweges. Ein direkter Einfluss von Steroiden auf den JAK-STAT-Signalweg im Sinne einer Interaktion mit Zytokin-Rezeptoren oder Januskinasen scheint nicht vorzuliegen. In Einzelfällen konnte spezielles Monitoring einzelner Signalwege, in diesem Falle des JAK-STAT-Signalweges, zur Unterstützung klinischer Entscheidungsfindung im medizinischen Alltag eingesetzt werden.