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Doctoral Thesis
2008
Effect of low ethanol concentrations on the production and stability of Interferon gamma
Effect of low ethanol concentrations on the production and stability of Interferon gamma
Abstract (English)
Alcohol is known to modulate the immune system in a complex manner. The effects of alcohol on immune responses vary with acute and chronic exposure as well as depending on the history of alcohol consumption and the blood level of alcohol. The presence or absence of alcohol can affect the cytokine cascade in complex ways.
In the current study the immunmodulatory capability of an acute, moderate (1 ?) to high amount (3 ?) of alcohol was tested on isolated Peripheral Blood Mononuclear Cells production of several proinflammatory and antiinflammatory cytokines after incubation for 12 to 72 hours.
The most affected cytokine in our model system of isolated human PBMC treated with two different ethanol concentrations was IFN-γ. Its concentration decreased in a highly significant manner in PHA- as well as in LPS-stimulated PBMC when treated with 66 mM ethanol and in a significant manner in PHA-activated PBMC when treated with 22 mM ethanol.
The fact that ethanol negatively affects IFN-γ production is supported by several in vivo and in vitro studies by Wagner et al., 1992, Chen et al., 1993, Laso et al., 1997 Waltenbaugh et al., 1998, Starkenburg et al., 2001, Szabo et al., 2001, Dokur et al., 2003.
The reduced IFN-γ level observed might be a key factor in explaining comprised immunity seen after chronic alcohol abuse, since together with IL-12, IFN-γ is crucial for the innate and adaptive immune response to viral and bacterial infection (Vicente-Gutierrez et al., 1991, Windle et al., 1993, Szabo 1997, Szabo et al., 1999).
As seen in isolated human Peripheral Blood Mononuclear Cells IFN-γ production by IL-12 stimulated NK-92 cells is significantly reduced in the presence of ethanol. However, this decrease did not correlate with decreased phosphorylation and nuclear translocation of STAT4, a central regulator of IFN-γ gene expression.
These results indicated that acute alcohol treatment in vitro did not affect intracellular pathways leading to IFN-γ gene expression. These findings paralleled results indicating that the amount of mRNA for IFN-γ synthesis in NK-92 cells is not affected by the applied ethanol concentrations as well. Additionally it was shown within the current work, that the reduced IFN-γ production by NK-92 cells in the presence of ethanol might not be explained by an intracellular accumulation of the IFN-γ protein.
The inhibitory action of ethanol on IFN-γ may rather be caused by posttranslational modification once IFN-γ is released by NK-92 cells, since the addition of recombinant human IFN-γ to the cell culture supernatants of ethanol-treated cells led to a decline in the amount of IFN-γ concentration.
We therefore hypothesized that ethanol may cause the release of either an IFN-γ-binding or IFN-γ-degrading protein. An increase in soluble IFN-γ receptor as a result of ethanol treatment was not observed. But the addition of mixture of 5 commercially available protease inhibitors counteracted the effect of ethanol treatment, giving us a first hint of IFN-γ-modulatory mechanism, where IFN-γ released by NK-92 cells may be disintegrated by a protease released as consequence of ethanol incubation.
To our best knowledge we are the first to demonstrate a posttranslational modification of IFN-γ as a consequence of ethanol incubation.
In summary, the present results support the inhibitory role of ethanol on IFN-γ, but are too preliminary to explain the underlying immunmodulatory effect.
Abstract (German)
Die Bildung von Zytokinen und damit die Immunabwehr selbst kann durch exogene Faktoren, wie Alkohol beeinträchtigt werden. Der Einfluss von Alkohol auf die Immunabwehr unterscheidet sich je nach Menge des konsumierten Alkohols und des damit erreichten Blutalkoholspiegels, sowie nach der Dauer des chronischen Missbrauchs.
In der nun vorliegenden Arbeit wurden die immunmodulatorischen Eigenschaften von Alkohol in Konzentrationen von 1 ? und 3 ? untersucht. Hierzu wurde die Fähigkeit isolierter humaner PBMC unter dem Einfluss von Ethanol pro- bzw. antiinflammtorische Zytokine zu produzieren untersucht.
In unserem Modellsystem wurde IFN-γ in seiner Ausschüttung am deutlichsten gehemmt.
Hohe Alkoholkonzentrationen von 3 ? führten zu einem hochsignifikanten Rückgang auf ca. 4 % der IFN-γ Menge, wie sie unter alkoholfreien Bedingungen gemessen werden konnte. Für Alkohol-Konzentrationen von 1 ? betrug dieser Rückgang ca. 30 %.
Bei der Erstreaktion des Immunsystems wird IFN-γ hauptsächlich von NK Zellen gebildet. Dabei ist IL-12 der effektivste Aktivator der IFN-γ Genexpression und damit entscheidend für eine angemessene Reaktion gegen eingedrungene Pathogene viraler oder bakterieller Genese.
Wir konnten belegen, dass die IFN-γ Ausschüttung durch IL-12-stimulierte NK-92 Zellen durch Ethanol in gleicher Weise gehemmt wird, wie bereits für PBMC beschrieben. Diese Hemmung geht jedoch nicht mit einer Veränderung der STAT-4-Phosphorylierung, einem entscheidenden Schritt hin zur IFN-γ-Genexpression, einher. Parallel zu dieser Messung konnte auch keine Verminderung der IFN-γ-mRNA-Menge unter dem Einfluss von Ethanol nachgewiesen werden. Auch eine intrazelluläre Akkumulation kann nach unseren Ergebnissen ausgeschlossen werden.
Damit ist die inhibierende Wirkung von Alkohol auf posttranslatorisch wirksame Mechanismen zurückzuführen. Dabei zeigte sich, dass ein unbekanntes Agens im Zellkulturüberstand von zuvor mit Ethanol behandelten Zellen die Fähigkeit besitzt extern zugesetztes humanes rekombinantes IFN-γ so zu modulieren, dass ein anschließender Nachweis im ELISA nur noch in geringen Mengen möglich war. Damit scheint Alkohol die NK-92 Zellen zur Ausschüttung eines IFN-γ bindenden oder IFN-γ abbauenden Moleküls zu stimulieren. Die Bindung an den löslichen IFN-γ-Rezeptor kann nach den Ergebnissen unserer Untersuchungen ausgeschlossen werden. Durch den Einsatz einer kommerziell erhältlichen Mischung von 5 Protease-Inhibitoren konnte der ethanolbedingte Abbau von IFN-γ in den Zellkulturüberständen gehemmt werden und damit ein möglicher Wirkmechanismus aufgezeigt werden.
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Faculty of Natural Sciences
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Institute of Clinical Nutrition
Examination date
2008-06-30
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English
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Publisher place
Classification (DDC)
610 Medicine and health
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Sustainable Development Goals
BibTeX
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url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/5185},
author = {Sauter, Senja},
title = {Effect of low ethanol concentrations on the production and stability of Interferon gamma},
year = {2008},
school = {Universität Hohenheim},
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