Adhäsion von Leukozyten an aktiviertes Endothel

Die Einwanderung von Leukozyten in Gewebe wird durch die Adhärenz von Leukozyten an die Blutgefäßwand eingeleitet. Dies ermöglicht es Leukozyten, sich in Infektionsherden anzusammeln und Abwehrreaktionen durchzuführen. Eine Vielzahl von vaskulären Zelladhäsionsmolekülen auf Leukozyten und auf Endothelzellen vermittelt und kontrolliert die Adhäsion der Blutzellen an die Gefäßwand. Dieser Prozess läuft in einer Kaskade von hintereinander-geschalteten molekularen Interaktionen ab. Zunächst vermitteln die Selektine, eine Familie von lektinartigen Adhäsionsmolekülen, das "Andocken" und Rollen der Leukozyten auf der Endotheloberfläche. Dies führt zur Verlangsamung der Leukozyten und ermöglicht den Kontakt mit Signalstoffen auf der Endotheloberfläche, wie z. B. den Chemokinen. Diese stimulieren die Aktivierung von Integrinen auf der Leukozytenoberfläche, die dann die effiziente Bindung dieser Zellen an die Endotheloberfläche vermitteln. Als Liganden der Integrine fungieren Mitglieder der Immunglobulin (Ig) Superfamilie. Die nun stabil adhärierenden Leukozyten können sich gezielt fortbewegen und schließlich aktiv durch die Endothelzellschicht hindurchwandern. Ob sie dabei auschließlich zwischen den Kontaktstellen der Endothelzellen hindurchwandern oder ob sie auch direkt (transzellulär) durch einzelne Endothelzellen hindurchwandern können, ist noch nicht abschließend geklärt.

A) Endotheliale Selektine und ihre Liganden auf Leukozyten

Von den drei bekannten Selektinen ist eines, L-Selektin, auf den meisten Leukozyten zu finden, während E-Selektin ausschließlich von Endothelzellen exprimiert wird und P-selectin auf Endothel und auf Thrombozyten zu finden ist. Mt Hilfe von Selektin-Immunglobulin Fusionsproteinen haben wir durch affinitätsisolierung zwei Glykoproteinliganden der endothelialen Selektine auf neutrophilen Granulozyten der Maus gefunden. Einer dieser Liganden, der sowohl an E- als auch an P-Selektin bindet, stellte sich als das Maus-Homologe zum menschlichen P-Selektin Liganden PSGL-1 heraus, während der andere Ligand ein neues Glykoprotein ist, das wir ESL-1 genannt haben und das ausschließlich an E-Selektin bindet. Zur Zeit untersuchen wir die molekularen Funktionen der beiden endothelialen Selektine und ihrer Liganden in vitro als auch in vivo. Wir konnten zeigen, daß E- und P-selectin in vivo die Einwanderung von TH1 Zellen, nicht jedoch von Th2 Zellen in die Haut der Maus vermitteln (Austrup et al. Nature, 1997, 385: 81-83). Der in diesen Prozess verwickelte Ligand für P-selectin konnte als PSGL-1 identifiziert werden (Borges et al., J. Exp. Med. 1997, 185: 573-578). Außerdem konnte die Funktion von PSGL-1 beim Eintrit von neutrophilen Granulozyten in das entzündete Peritoneum von Mäusen in vivo nachgewiesen werden (Borges et al. Blood, 1997, 90: 1934-1942).

B) Protein-spezifische Glykosylierung der Selektin Liganden

Obwohl die Selektine Lektine darstellen, binden sie mit Hoher Spezifität und Selektivität nur wenige Glykoproteinliganden. Wir versuchen, die Strukturelemente auf diesen Liganden zu ermitteln, die von den Selektinen erkannt werden. Außerdem sollen die Mechanismen aufgeklärt werden, die es ermöglichen, daß nur wenige Proteine in einer Weise glykosyliert werden, die sie zur Bindung an die Selektine befähigen. In ersten Untersuchungen konnten wir zeigen, daß in der Tat nur ESL-1 und fast kein weiteres Protein selektiv durch die Fukosyltransferasen IV und VII als Selektinligand aktiviert wird (Zöllner and Vestweber, J. Biol. Chem., 1996, 271: 33002-33008). ESL-1 ist ein ideales Untersuchungsobjekt, um intrazelluläre Mechanismen der polypeptid-spezifischen Glykosylierung in Zellen zu untersuchen. Für PSGL-1 konnten wir kürzlich zeigen, daß die zur Bindung an P-selectin und an E-selectin notwendigen Glykosylierungen in aktivierten T-Zellen unterschiedlich reguliert wird (Borges et al. J. Biol. Chem. 1997, 272: 28786-28792).

C) Zytokin induzierbare endotheliale Adhäsionsmechanismen

Die Einwanderung von Leukozyten in entzündete Gewebe wird ausgelöst durch Entzündungsmediatoren wie z.B. Zytokine die endotheliale Zelladhäsions-moleküle induzieren und damit die Anheftung von Leukozyten an die Blutgefäßwand einleiten. Vier zytokininduzierbare Adhäsionsmoleküle wurden bisher auf Endothelzellen identifiziert: E- und P-Selektin und die beiden Mitglieder der Immunglobulin-Supergenfamilie ICAM-1 und VCAM-1. Auf der Grundlage indirekter Evidenzen aus einer Reihe von Untersuchungen verschiedener Arbeitsgruppen ist zu vermuten, daß noch weitere bisher molekular nicht charakterisierter Mechanismen gibt. Wir haben solch einen Mechanismus auf Maus Endotheliomazellen definiert, den wir zur Zeit durch einen klassischen monoklonalen Antikörper Ansatz zu identifizieren versuchen. Im Zuge dieser Arbeiten haben wir kürzlich ein zwar konstitutiv exprimiertes, aber neues, endothelspezifisches Sialomucin identifiziert, das wir Endomucin genannt haben (Morgan et al., Blood, 1999, 93: 165-175).