Regulation of inducible nitric oxide synthase expression and nitric oxide production by mitogen-activated protein kinase pathways

Abstract

Nivelreuma ja astma ovat tulehdussairauksia, joissa krooninen tulehdus aiheuttaa potilaan oireet. Nivelreuman ja astman peruslääkkeet vaimentavat tulehdusreaktiota estämällä tulehduksen välittäjäaineiden tuottoa tai toimintaa. Monien potilaiden kohdalla nykyisten lääkkeiden käyttöä kuiten rajoittaa niiden vähäinen teho tai hankalat haittavaikutukset. Tästä syystä uusien tulehdusta vaimentavien lääkkeiden kehitys on aktiivista. Tulehduksen perusmekanismien selvittäminen on välttämätön perusta uusien tulehdusta hillitsevien lääkkeiden kehitykselle. MAP-kinaasit ovat osa solunsisäistä viestinsiirtojärjestelmää ja ne säätelevät monia tulehdussolujen toimintoja. MAP-kinaaseja estävillä lääkkeillä on saatu lupaavia tuloksia tulehdustautien erilaisissa koemalleissa. Mekanismit, joilla MAP-kinaaseja estävät lääkkeet vaimentavat tulehdusta ovat kuitenkin vielä osin tuntemattomia.

Tässä työssä tutkittiin MAP-kinaaseja estävien lääkkeiden vaikutuksia tulehduksessa tärkeän välittäjäaineen, typpioksidin ja sitä tuottavan entsyymin, indusoituvan typpioksidisyntaasin ilmentymiseen ja tuottoon soluviljelykokeissa.

Tutkimuksen tärkeimpänä löytönä todettiin, että MAP-kinaaseja estävät lääkkeet vaikuttavat indusoituvan typpioksidisyntaasin ilmentymiseen ja typpioksidin tuottoon säätelemällä indusoituvan typpioksidisyntaasin lähetti RNA:n hajoamista soluissa. Tämä on uusi mielenkiintoinen lääkevaikutusmekanismi. Väitöskirjatutkimuksen tulokset luovat uutta tietoa tulehduksen perusmekanismeista jota voidaan hyödyntää uusien tulehdustautilääkkeiden kehityksessä.

The inflammatory response is regulated by mediators produced by cells at the site of inflammation. A complex network of intracellular signaling pathways, activated in response to these mediators, regulates the activity and function of the inflammatory cells. Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) are an evolutionally conserved family of protein kinases which form part of the signaling pathways connecting the the extracellular signal to intracellular regulatory proteins. Three better characterized MAPK pathways are extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2), c-Jun N-terminal kinase (JNK) and p38 pathways.

One of the genes expressed by activated inflammatory cells is inducible nitric oxide synthase (iNOS). Nitric oxide (NO) produced by iNOS is a signaling molecule which modulates inflammatory responses. It is important in defence against bacteria and other pathogens but in chronic inflammation is considered to be harmful.

In this study, the role of MAPK pathways in the regulation of iNOS expression and NO production was investigated in macrophages activated by lipopolysaccharide (LPS). Small molecular inhibitors of the MAPKs were used as pharmacological tools to block the LPS-induced activity of these pathways. Total inhibition of ERK1/2 activity only partially inhibited iNOS expression and NO production. Inhibition of the JNK pathway inhibited iNOS expression and NO production by facilitating iNOS mRNA degradation. An unexpected finding was that inhibition of the p38 pathway augmented LPS-induced JNK activity, which resulted in increased iNOS expression and NO production.

These results show that MAPK pathways regulate iNOS expression and NO production. They also suggest that regulation of mRNA stability is an important means to regulate iNOS expression. Present finding together with characterization of the protein targets of MAPK pathways responsible for the regulation of mRNA stability could provide interesting targets for the development of novel anti-inflammatory drugs.