Epithel-Leukozyten-Interaktion

B1: Untersuchungen zur Aufklärung von Effektormechanismen der allergischen Kontaktdermatitis (Grabbe/Schwarz)

Im Teilprojekt B1 (Grabbe/Schwarz) wird die Auslösephase des allergischen Kontaktekzems untersucht. Im Rahmen der Vorarbeiten wurde gezeigt, daß entgegen bisherigen Annahmen die in der Epidermis vorkommende Langerhanszelle für die Auslösung des Kontaktekzems nicht notwendig ist. Im Folgeantrag soll daher untersucht werden, ob residente Antigen-präsentierende Zellen (APC) das Kontaktekzem auslösen können oder ob die Rekrutierung von APC aus der Zirkulation dazu notwendig ist. Diese Untersuchungen sollen vorwiegend anhand des Modells einer b2-Integrin (CD18) defizienten Maus untersucht werden. Zusätzlich wird der Immunphänotyp der CD18 defizienten Maus untersucht, wobei insbesondere die Bedeutung der b2-Integrine für die Antigen-Präsentation analysiert wird. In einem weiteren Ansatz wird untersucht, inwieweit dendritische Zellen des peripheren Bluts die Fähigkeit besitzen, in Ekzemherde einzuwandern, sodass evtl. auch nicht ortsständige, sondern aus dem Blut rekrutierte APC zur Auslösung des Kontaktekzems beitragen. Die Bedeutung von Integrinen und Selektinen für diesen Prozess wird analysiert. Auf diese Weise sollen die Pathomechanismen der Auslösephase des allergischen Kontaktekzems und die Bedeutung von b2-Integrinen und Selektinen für die Antigen-Präsentation untersucht werden.

B2: Bedeutung der immunmodulierenden Wirkung des Neuropeptides Melanocortin für die Funktion von Antigen präsentierenden Zellen (Brzoska / Luger)

Im Teilprojekt B2 (Brzoska/Luger) wird die immunmodulierende Wirkung des Neuropeptides Melanocortin untersucht. Melanocortin wird u.a. von Keratinozyten, Endothelzellen sowie immunkompetenten Zellen wie Monozyten und dendritischen Zellen exprimiert und besitzt immunmodulierende Aktivitäten. Da Monozyten den für aMSH spezifischen Melanocortin-Rezeptor 1 (MC-1R) exprimieren, soll untersucht werden, ob sich die Expression dieses Rezeptors im Rahmen der Differenzierung zu dendritischen Zellen (DC) und Makrophagen ändert und ob weitere MC-Rezeptoren im Verlauf der Reifung dieser Zellen zur Expression kommen. Hier konnte gezeigt werden, dass dendritische Zellen ausschließlich den MC-1R exprimieren und die Expression dieses Rezeptors mit der Reife der Zellen zunimmt. Im Falle der Makrophagen konnte ebenfalls gezeigt werden, dass diese Zellen den MC-1R exprimieren. Mit Hilfe der sog. "recessive yellow" Maus, die einen nicht-funktionellen MC-1R exprimiert, gelang es zu zeigen, dass der kutanen Expression des MC-1R eine Schlüsselrolle bei der Toleranzinduktion zukommt. Ferner soll untersucht werden, wie spezifische Prohormon-Konvertasen, die Proopiomelanocortin in aMSH umwandeln, in Makrophagen und dendritischen Zellen reguliert sind. Schließlich sollen die molekularen Mechanismen untersucht werden, die für die aMSH bedingte IL10-Induktion in Makrophagen verantwortlich sind.

B3: Entzündliche Autoimmunerkrankungen der Haut: Molekulare Charakterisierung des Autoantigens Kollagen XVII/BP180 (Bruckner-Tuderman)

Das Teilprojekt B3 (Bruckner-Tuderman) versucht, mittels domänen-spezifischer Antikörper gegen rekombinante Fragmente des Kollagen XVII zu dessen physiologischer Funktion und Rolle im Pathomechanismus der entzündlichen blasenbildenden Dermatosen zu gelangen. Ferner sollen die protolytische Freisetzung der Ektodomäne und ihre physiologische Rolle, die Regulation der Expression des Kollagen XVII und der löslichen Ektodomäne, die Liganden-Interaktionen, natürlich vorkommende Kollagen XVII-Mutanten, die Rolle der löslichen Ektodomäne als Auto-Antigen sowie Kollagen XVII-Expression bei bullösen Auto-Immun-Dermatosen, Wundheilung und Tumoren untersucht werden. Diese Kenntnisse legen eine Basis für Entwicklung neuartiger Therapieansätze für entzündliche Autoimmunerkrankungen und für Epithelialisation und Wundheilungsstörungen im allgemeinen. Da das hauptverantwortliche Enzym für die Ektodomänenfreisetzung noch unbekannt war, sollte in diesen Studien die Identität der Protease ermittelt werden. Mit Zellkulturversuchen konnte gezeigt werden, dass die Freisetzung der Ektodomäne durch PMA und II-1-beta stimuliert wird und durch ortho-Penantrholin, verschiede MMP- und Sheddase-spezifische Hydroxamat-Inhibitoren und TIMP-3 vollständig inhibitiert wird. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Prototyp-Sheddase TACE (TNF-alpah converting enzyme), ADAM-10 und ADAM-9 in Keratinacyten exprimiert und aktiviert werden. Weitere Versuche werden zeigen, welche Sheddasen noch zusätzlich, in diesem für die Migration und Differenzierung der Keratinozyten so wichtigen Prozess, involviert sind.

B5: Molekularer "cross-talk" enteropathogener Escherichia coli mit Epithelzellen und professionellen Phagocyten (Schmidt)

Im Teilprojekt B5 (Schmidt) werden die Interaktionen enteropathogener Escherichia coli mit Epithelzellen und professionellen Phagozyten am Beispiel der diffus adhärierenden EPEC (DAEC) untersucht und charekterisiert. Im Berichtszeitraum konnte die für die Injektion der Effektorproteine notwendige Pore in der Zielzellmembran durch unterschiedliche biochemische und molekular-biologische Methoden identifiziert und mit Hilfe elektronenoptischer Verfahren (Negativkontrast, Gefrierbruch, AFM) auch bildlich dargestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass im Gegensatz zu den sezernierten Proteinen der "klassischen" EPEC die sezernierten Proteine der diffus- adhärierenden E. coli allein für eine poren-induzierte Hämolyse von Erythrocyten ausreichen und ein Kontakt der Bakterien mit Erythrozyten nicht notwendig ist. In Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt A3 (Gerke) konnte die Rekrutierung von Annexin 2 und von charakteristischen Komponenten der "membrane rafts" in den von den enteropathogenen Bakterien induzierten Podesten nachgewiesen werden. Erste vorläufige Analysen der Genexpression in epitheloiden Zellen nach Infektion mit Typ III-positiven DA-EPEC Bakterien mit Hilfe der Microarray- Technik sprechen dafür, dass die betroffene Zelle bereits nach wenigen Minuten mit einer breitangelegten Reaktion und der Hochregulation einer Vielzahl von Genen auf die Infektion reagiert.

B6: Zellulärer Dialog von humanen intestinalen Epithelzellen und mikrovaskulären Endothelzellen in vitro: Beziehung zur Pathogenese chronisch entzündlicher Darmerkrankungen 8Lügering / Kurcharzik / Domschke)

Das Teilprojekt B6 (Lügering/Kucharzik/Domschke) hat zum Ziel, den zellulären Dialog von humanen intestinalen Epithelzellen und mikrovasculären Endothelzellen in vitro und dessen Beziehung zur Pathogenese chronisch entzündlicher Darmerkrankungen zu erforschen. Als in vitro-Modell wurde ein Zweikammer-System zur Kokultivierung von intestinalen Epithelzellen und HIMEC eingesetzt, das der in vivo vorliegenden Situation möglichst nahe kommt und modulierende Effekte der angeborenen und spezifischen Immunität ausschließt. Als wesentlicher Faktor des zellulären Dialogs wurde TGFb1 identifiziert. In weiteren Kokulturexperimenten sollten neue Faktorenkandidaten mit Antikörpern im Rahmen von Inhibitionsexperimenten an konditionierten Medien intestinaler Epithelzellen von Patienten mit chronisch entzündlicher Darmerkrankung identifiziert werden. Dabei wurde untersucht, ob aktivierte intestinale Epithelzellen die Expression von Adhäsionsmolekülen auf Endothelzellen modulieren. Aufgrund der bisher erhobenen Befunde kann postuliert werden, daß die Interaktion von Epithel und Endothel beim chronischen Entzündungsprozess in der Darmwand zellbiologisch wichtig ist, da hierdurch die endotheliale Expression von ICAM-1 und VCAM-1 hochreguliert wird. Damit kann das Darmepithel, welches einer Vielzahl von bakteriellen und anderen Stimuli ausgesetzt ist, das Endothel aktivieren und die Immunantwort verändern. Im weiteren wurde ein Mausmodell etabliert, in dem die Produktion des CXC-Chemokins IL-8 unter die Kontrolle eines epithelzellspezifischen Promoters gestellt wurde. Ziel war es, ein Modell mit induzierbarer Aktivierung des Epithels zu schaffen, um die nachfolgende Entzündungs- und Zellmigrationskaskade in nachgeordneten Zelltypen zu untersuchen. Mit dem Modell soll die zeitliche Abfolge die zeitliche Abfolge der Endothelzellaktivierung sowie die Rolle der endothelialen Adhäsionsfaktoren in vivo nach Epithelzellstimulierung näher charakterisiert werden. Neben dem in Münster erfolgreich etablierten in vitro Kokulturmodell steht nun auch ein in-vivo Modell zur Verfügung, mit dem wichtige Fragestellungen des Projektes gezielt beantwortet werden können. In einem weiteren Projekt wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem man intestinale Epithelzellinien retroviral effektiv transfizieren kann (bis zu 60% Transfektionsraten in HT29cl.19A Zellen). Diese Untersuchungen wurden mit einer myc-tagged Version des LipoxinA4 Rezeptors durchgeführt, der für die Vermittlung antiinflammatorischer Signale in Epithelzellen wichtig ist. Bisher galt es technisch als überaus schwierig, intestinale Epithelzellinien und vor allem die Goldstandard'-Epithelzellinie T84 zu transfizieren. Mit Hilfe dieses neu entwickelten Verfahrens soll in Zukunft in vitro die Interaktion zwischen Epithel- und Endothelzellen mit einer qualitativ neuen Methode untersucht werden.

B7: Interaktion von Leukozyten und Epithelzellen bei der experimentellen Pankreatitis - Die Bedeutung von Keratinocyte Growth Factor, Activin und Interleukinen beim Verlauf der Entzündung und der Regeneration des Epithels (Lerch / Schnekenburger)

Die akute Pankreatitis stellt ein ideales Modell für eine nekrotisierende, nichtinfektiöse Entzündung dar, bei der dem Gewebsuntergang durch Azinus-Zellen-Nekrose eine gut zu charakterisierende epitheliale Regeneration folgt. Das Teilprojekt B7 (Lerch/Schnekenburger) untersucht die Bedeutung von Keratinocyte Growth Factor, Activin und Interleukinen beim Verlauf der Entzündung und der Regeneration des Epithels. Unter Verwendung von experimentellen Tiermodellen der Pankreatitis mit unterschiedlichem Schweregrad, die in Kontroll- und Knock-Out-Tieren (Aktivin, KGF, IL1 und IL6) induziert werden, mit Hilfe von Zelllinien und Kokulturmodellen von epithelialen mesenchymalen Pankreas sowie Entzündungszellen, und mittels Antisense- Oligonukleotiden soll untersucht werden, welche Rolle KGF und Aktivin bei den Regenerations- und Reparaturvorgängen nach akuter Pankreatitits spielen, von welchen Zellen im Pankreas sie exprimiert werden, auf welche Zielzellen sie wirken, über welche Signaltransduktionswege ihre Wirkung vermittelt wird, und wie ihre Expression durch Zytokine geregelt wird. Für Aktivin, einen Wachstumsfaktor der TGFb-Familie, konnten wir eine Funktion in der Regeneration des exokrinen Pankreas nachweisen. Aktivin wird in der Regeneration der akuten experimentellen Pankreatitis induziert, auch in der chronischen humanen Pankreatitis wird Aktivin im gegensatz zu gesundem Pankreasgewebe exprimiert. Die genaue Rolle von Aktivin wird durch die Injektion von rekombinantem Aktivin und von Follistatin einem Aktivin-Inhibitor im Verlauf einer akuten Pankreatitis untersucht.

Abgeschlossene Dissertationen

Baetge, Jens:
• Charakterisierung von Autoantikörpern gegen Kollagen XVII bei Patienten mit bullösen Autoimmunkrankheiten der Haut (B3)

  Beinke, Christina:

• Der "locus-of-enterocyte-effacement (LEE)" in diffus-adhärierenden enteropathogenen E. coli (B5)

  Brückener, Kerstin:

• Interaktion von Pertussis Toxin mit cerebralen Barrieren (B5)

  Brunnberg, Uta:

• Zell-Zell-Adhäsionskomplexe bei Regeneration nach akuter Pankreatitis (B7)

  Ceyhan, Güralp:

• Magnesium in der Therapie einer akuten experimentellen Pankreatitis (B7)

  Externest, Dörthe:

• Molekulare Analyse der Epitoperkennung nach systemischer und intragastraler Immunisierung (B5)

  Gockel, Henning:

• Zellulärer Dialog von intestinalen Epithelzellen und mikrovaskulären Endothelzellen: Bedeutung für die Pathogenese der chronisch-entzündlichen Darmerkrankung (B6)

  Hlouschek, Verena:

• Funktion von Magnesium in der Prävention einer akuten experimentellen Pankreatitis (B7)

  Höpfner, Bianca:

• Molekulare Charakterisierung des GDA- Antigens in der Haut (B3)

  Konieczny, Marc:

• Molekulare Analyse von AIDAc - Entwicklung eines Präsentations-systems für gram-negative Bakterien (B5)

  Laarmann, Sven:

• Interaktionen von diffus-adhärierenden enteropathogenen E. coli mit Zielzellen - der Epithelzellrezeptor für AIDA-I (B5)

  Linnepe, Michael:

• Morphologische Veränderungen von M-Zellen im Rahmen einer Indomethadin-induzierten Ileitis im Rattenmodell (B6)

  Luegering, Andreas:

• Bereits des pix-Operons des uropathogenen E. coli Stammes 2194 (B5)

  Lütke-Büntrup, Stefan:

• Untersuchungen zu Interaktionen zwischen intestinalen Epithelzellen und mononukleären Zellen bei in-vitro Kokulturmodell (B6)

  Mattes, Michael:

• Proteins des diffus-adhärierenden enteropathogenen E. coli Stammes 3431(B5)

  Mayerle, Julia:

• Die Rolle von Protein Tyrosin Phosphatasen in der Signaltransduktion von Pankreasazinuszellen (B7)

  Mecklenbeck, Sabine:

• Molekulare Ansätze für Gen-Therapie der schweren dystrophen Epidermolysis bullosa (B3)

  Niewerth, Ulla:

• Molekulare Analyse homologer AIDA Autotransporter: Präsentation heterologer Antigene in der oralen Immunisierung (B5)

  Roters, Berthold:

• Immunregulatorische Funktion von dendritischen Zellen in verschiedenen Funktions- und Differenzierungsstadien (B1)

  Ruthenbürger, Manuel:

• Molekulare Mechanismen der intrazellulären Aktivierung von Serin-Proteasen im exokrinen Pankreas (B7)

  Schumann, Hauke:

• COL17A1 Mutationen und ihre biologischen Folgen bei junktionaler Epidermolysis bullosa (B3)

  Stein, Henning:

• Einfluß von TH-2-Zytokinen auf die Produktion lysosomaler Enzyme bei Patienten mit chronisch-entzündlicher Darmerkrankung (B6)

  Suhr, Martin:

• Prozessierung von AIDA-I - Topologie von AIDAc in der äußeren Membran und Möglichkeiten zur Präsentation heterologer Antigene (B5)

  Unsöld, Christine:

• Die Rolle der TGF-ß bindenden Moleküle in der extrazellulären Matrix der Haut (B3)

  von Olleschik-Elbheim, Lars:

• Struktur- und Funktionsanalyse von Pertussis Toxin (B5)

  Drittmittelgeber:

  Deutsche Forschungsgemeinschaft

  Beteiligte Wissenschaftler:

  Prof. Dr. St. Grabbe (B1), Prof. Dr. T. Schwarz (B1), Dr. T. Brzoska (B2), Prof. Dr. T. Luger (B2), Prof. Dr. L. Bruckner-Tuderman (B3), Prof. Dr. M.A. Schmidt (B5), PD Dr. N. Lügering (B6), Dr. T. Kucharzik (B6), Prof. Dr. W. Domschke (B6), Prof. Dr. M. Lerch (B7), Dr. J. Schnekenburger (B7)

  Veröffentlichungen:

  Autenrieth, I.B., and M.A. Schmidt: New insights into bacteria-host interplay at intestinal mucosal surfaces: implications for vaccine development. Trends Microbiol., 8, 411-418. (2000).

  Externest, D., B. Meckelein, M.A. Schmidt, and A. Frey: Correlations between antibody responses at different mucosal effector sites are controlled by antigen type and dosage. Infect. Immun., 68, 321-332. (2000).

  Grabbe, S., S. Beissert, M. Steinert, B. Roters, C. Sunderkötter, T.A. Luger, T. Schwarz, K. Scharffetter-Kochanek: Emigration of lymphocytes to sites of cutaneous inflammation is strictly dependent upon ?2 integrins. J. Clin. Invest. 2001, submitted and in revision

  Halangk W., M.W. Lerch, B. Brandt-Nedelev, W. Roth, M. Ruthenbuerger, T. Reinheckel, W. Domschke, H. Lippert, C. Peters, J. Deussing: Role of cathepsin B in intracellular trypsinogen activation and the onset of acute pancreatitis. J Clin Invest. 2000 Sep;106(6):773-81.

  Konieczny, M.P.J., M. Suhr, A. Noll, I.B. Autenrieth, and M.A. Schmidt: Cell surface presentation of recombinant (poly-)peptides including functional T cell epitopes by the AIDA autotransporter system. FEMS Immunol & Med. Microbiol. 27(4), 321-332. (2000)

  Kruger B., E. Albrecht, M.M. Lerch: The role of intracellular calcium signaling in premature protease activation and the onset of pancreatitis. Am J Pathol. 2000 Jul;157(1):43-50.

  Kucharzik, T., T.J. Hudson III, D.W. Martin, I.R. Williams: A transgenic mouse model of inducible CXC chemokine expression in intestinal epithelial cells. Gastroentology 2001

  Lerch, M.M., I. Ellis, D.C. Whitcomb, V. Keim, P. Simon, N. Howes, S. Rutherford, W. Domschke, C. Imrie: Neoptolemos: Maternal Inheritance Pattern of Hereditary Pancreatitis in Patients with Pancreatic Carcinoma. J. Natl. Cancer Inst. 91, 723 (1999)

  Lügering, N., T. Kucharzik, C. Maaser, M. Kraft, W. Domschke: Interleukin-15 Strongly Inhibits Interleukin-8 and Monocyte Chemoattractant Protein-1 Production in Human Colonic Epithelial Cells. Immunology 98, 504 (1999)

  Lügering, N., T. Kucharzik, M. Kraft, G. Winde, C. Sorg, R. Stoll, W. Domschke: Interleukin (IL)-13 and IL-4 are Potent Inhibitors of IL-8 Secretion by Human Intestinal Epithelial Cells. Dig. Dis. Sci. 44, 649 (1999)

  Maaser, C., S. Schoeppner, T. Kucharzik, M. Kraft, E. Schoenherr, W. Domschke, N. Luegering: Colonic epithelial cells induce endothelial cell expression of ICAM-1 and VCAM-1 by NF-kB-dependent mechanism. Clin. Exp. Immunol. 124, 208-13. (2001)

  Schnekenburger, J., J. Mayerle, P. Simon, W. Domschke, M.M. Lerch: Protein Tyrosine Dephosphorylation and the Maintenance of Cell Adhesions in the Pancreas. Ann. N.Y. Acad. Sci. 880, 157 (1999)

  Stoll, R., N. Lügering, C. Sorg, W. Domschke: Epithelial communication with endothelial cells - implications for IBD. In: Intestinal Mucosa and its Diseases - Pathophysiologz and Clinics. W. Domschke, R. Stoll, T.A. Brasitus, M.F. Kagnoff eds. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht-Boston-London, p.499 (1999).

  Wachter, C., C. Beinke, M. Mattes, and M.A. Schmidt: Insertion of EspD into epithelial target cell membranes by infecting enteropathogenic Escherichia coli. Mol. Microbiol.31, 1695-1707. (1999).