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Ludwig-Boltzmann-Institut für Zellbiologie und Immunbiologie der Haut
Zelluläre und molekulare Mechanismen von Entzündungen und Hauttumorenentwicklung
Die Haut ist wie kaum ein anderes Organ des menschlichen Körpers einer Vielzahl von
Umwelteinflüssen ausgesetzt. Eine wichtige Funktion der Haut während dieser Interaktionen mit der
Umwelt ist nicht nur die Aufrechterhaltung der Homöostase des eigenen Organs sondern des
Gesamtorganismus. Eine wichtige Rolle spielt dabei das Immunsystem und die Haut hat alle zellulären
Voraussetzungen, um Immunreaktionen zu induzieren sowie auszulösen. Qualitativ wird zwischen
angeborenen und erworbenen Immunantworten unterschieden, wobei beide Signalwege häufig auch
gleichzeitig aktiviert werden können. Angeborene Immunreaktionen werden z.B. durch mikrobielle Reize
induziert, sind unspezifisch und können über bestimmte Rezeptoren vermittelt werden. Bei der
erworbenen Immunität werden immunkompetente Zellen, wie T-Zellen, auf ein bestimmtes Molekül
(Antigen) geprägt. Daher kann nach erneutem Antigenkontakt in kurzer Zeit eine Antigen-spezifische
Immunantwort verstärkt ausgelöst werden. Diese "Prägung" von T-Zellen erfolgt durch
Antigen-präsentierende dendritische Zellen. Die Antigen-präsentierenden Zellen der Haut sind die
Langerhanszellen und die dermalen dendritischen Zellen. Keratinozyten bilden neben Fibroblasten den
zellulären Hauptbestandteil der Haut. Letztere können durch die Sekretion von löslichen
Mediatoren oder durch die Expression von immunmodulierenden Zelloberflächenmolekülen die
Funktion benachbarter Zellen beeinflussen und sogar systemische Immunantworten regulieren. Zu den
Hauptaufgaben des Immunorgans Haut zählen die Abwehr von Infektionen, die Regulation von
Entzündungen sowie die Unterdrückung von Tumorbildung. Unsere Arbeitsgruppe untersucht seit
Jahren intensiv die zellulären und molekularen Mechanismen die diesen Prozessen zu Grunde liegen.
Dabei kommen modernste Forschungsmethodiken, wie funktionelle Genomik und Proteomik, Erstellung von
Genexpressionsprofilen, Mehrfarb-Durchflusszytometrie sowie Videomikroskopie zum Einsatz. Im Folgenden
wird ein kurzer Überblick über die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der
Helmholtz-Gesellschaft (HGF) sowie der Industrie geförderten Projekte gegeben.
- Die Bedeutung
von Langerhanszellen bei der Entwicklung von Entzündungen und Autoimmunität
Epidermale
Langerhanszellen (LZ) sind potente Antigen-präsentierende Zellen, die nach Aktivierung aus der Haut in
die regionalen Lymphknoten wandern. Bei der Auswanderung aus der Haut können LZ
Gewebebestandteile aus der Haut aufnehmen, internalisieren, prozessieren und MHC-abhängig im
Lymphknoten naiven T-Zellen präsentieren. Für eine effektive Antigenpräsentation spielen
neben der Interaktion des MHC-T-Zellrezeptor-Komplexes auch kostimulatorische Moleküle eine wichtige
Rolle. Ein bedeutendes kostimulatorisches Molekül aus der Tumor-Nekrose-Faktor Gen-Familie ist der
oberflächlich exprimierte CD40-Ligand (CD40L). Die Stimulation des CD40 Rezeptors auf
Antigen-präsentierenden Zellen durch den CD40L führt zu einem starken Aktivierungsreiz. Um die
Bedeutung von chronisch aktivierten LZ in vivo zu untersuchen wurde das Gen des CD40L unter Kontrolle des
Haut-spezifischen Keratin(K)-14 Promoters in transgenen Mäusen überexprimiert. Diese K14-CD40L
transgenen Tiere entwickeln spontan eine entzündliche Autoimmunerkrankung, die mit der
Mixed-conntective-tissue-disease (MCTD) von Patienten vergleichbar ist. Daher führt die konstitutive
Aktivierung von LZ, zumindest im Mausmodell, zur Durchbrechung der Immuntoleranz gegenüber der
Haut. Mit Hilfe dieses Modells sollen Rationalen für die Behandlung von entzündlichen
Autoimmunerkrankungen etabliert werden. Diese Forschungsaktivität wird von der DFG und der Industrie
unterstützt.
- Molekulare Mechanismen der Photokarzinogenese
Ultraviolette
(UV) Strahlung aus dem Spektrum des Sonnenlichtes stellt einen der wichtigsten Umweltfaktoren des Menschen
dar. Dabei kann UV Strahlung sowohl nützlich (Vit. D Aktivierung) als auch schädlich
(Hautalterung, Infektionen, Karzinogenese) sein. Unsere Arbeitsgruppe untersucht die molekularen
Mechanismen der UV-induzierten kutanen Karzinogenese. Neben der direkten mutagenen Wirkung ist UV
Strahlung in der Lage, das Immunsystem zu unterdrücken. Dabei werden die Photonen von
Chromophoren absorbiert, um biologische Wirkung zu entfalten. Ein wichtiges Chromophor stellt die
Urokaninsäure dar. Urokaninsäure (UCA) liegt als trans-Isomer in der Haut vor und wird
nach UV Bestrahlung in cis-UCA umgewandelt. Cis-UCA wirkt immunsuppressiv. Es gelang uns zu zeigen,
dass cis-UCA die Tumorantigen-präsentierende Funktion von LZ unterdrückt und dadurch die
antitumorale Immunüberwachung hemmen kann. Um die Bedeutung von endogen freigesetzter cis-UCA
bei der UV-induzierten Karzinogenese detailiert zu untersuchen, wurde cis-UCA durch Behandlung mit einem
neutralisierenden Anti-cis-UCA Antikörper blockiert. Es zeigte sich, dass die Inaktivierung der endogen
freigesetzten cis-UCA zu einer signifikanten Reduktion der UV-induzierten kutanen Karzinogenese führte.
Dadurch konnte cis-UCA als wichtiger Mediator der UV-induzierten Immunsuppression identifiziert werden.
Diese Forschungsarbeiten werden von der DFG unterstützt.
- Generierung von regulatorischen T-Zellen durch Mycophenolatmofetil-behandelte dendritische Zellen
T-Zellen spielen eine wichtige Rolle bei Entzündungen und Infektionen. In diesem Rahmen
müssen T-Zellen zwischen fremd und selbst unterscheiden können. Früher wurde
angenommen, dass selbstreaktive T-Zellen wärend der Entwicklungsphase im Thymus eliminiert werden.
Dieser Selektionsprozess ist aber nicht vollständig, da selbstreaktive T-Zellen in der Peripherie von
Gesunden gefunden werden. Die Stimulation von gegen den eigenen Organismus gerichteten Immunantworten
wird unter anderem aktiv durch regulatorische ("Suppressor") T-Zellen unterdrückt. Dementsprechend
führt ein Fehlen dieser Zellen oder ihrer Funktion zur Autoimmunerkrankung. Regulatorische T-Zellen
können durch wiederholten Kontakt mit unreifen dendritischen Antigen-präsentierenden Zellen
generiert werden. Wir konnten zeigen, dass die Reifung von dendritischen Zellen durch die Substanz
Mycophenolatmofetil (MMF) verhindert wird. MMF wird bereits erfolgreich in der Transplantationsmedizin und
Dermatologie eingesetzt und hemmt in Leukozyten ein Schlüsselenzym der DNS/RNS Replikation.
Augenblicklich untersuchen wir, ob MMF-behandelte dendritische Zellen in der Lage sind, regulatorische
T-Zellen zu generieren und zu expandieren. Weiterhin versuchen wir durch Analyse der Genexpressionsprofile
von regulatorischen T-Zellen, dies sind ca. 38 000 Gene, wichtige Signalwege für die
Funktion dieser Zellen zu identifizieren. Das Ziel dieser Experimente ist es, einen möglicherweise neuen
relevanten Wirkungsmechanismus von MMF bzw. regulatorischen T-Zellen zu charakterisieren. Diese Projekte
werden von der Industrie und der Helmholtz-Gesellschaft gefördert.
- Entwicklung effektiver und verträglicher Therapien bei Patienten mit entzündlichen sowie
autoimmunen Hauterkrankungen
Seit
der Einführung von Kortikosteroiden in Kombination mit Immunsuppressiva in die Behandlung von
Patienten mit chronisch-entzündlichen oder autoimmunen Hauterkrankungen, konnte die Morbidität
und die Mortalität deutlich gesenkt werden. In den letzten Jahren wurde jedoch ein Anstieg der
Mortalität in dieser Patientengruppe verzeichnet, der auf die Nebenwirkungen einer langfristigen
Immunsuppression zurückzuführen ist. Daher ist es unser Bestreben, neue effektive und besonders
nebenwirkungsarme Therapien für Patienten mit entzündlichen Autoimmunerkrankungen zu
entwickeln. Aus diesem Grund wurde eine nationale klinische multizentrische Untersuchung begonnen, um die
Effektivität und Sicherheit einer Mycophenolatmofetil(MMF)/Kortikosteroid Behandlung mit einer
Azathioprin/Kortikosteroid Behandlung bei Patienten mit erworbenen blasenbildenden
Autoimmunerkrankungen zu bestimmen. An der Untersuchung waren 118 Patienten aus insgesamt
12 Hautkliniken beteiligt. Die erhobenen Befunde befinden sich derzeit in der Auswertungsphase.
Weiterhin wird in einer noch laufenden klinischen Anwendungsbeobachtung die Effektivität und
Nebenwirkungsrate von MMF mit einer Cyclosporin A Behandlung bei Patienten mit Psoriasis vulgaris
verglichen. Durch die zu erwartenden Untersuchungsergebnisse hoffen wir, die Rationale für
zukünftige Behandlungsstrategien bei Patienten mit entzündlichen Hauterkrankungen entwickeln
zu können. Diese Projekte werden durch die Industrie gefördert.
Drittmittelgeber:
Beteiligte Wissenschaftler:
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