Fachbereich 05 - Medizinische Fakultät
Klinik und Poliklinik für Hautkrankheiten - Allgemeine Dermatologie und Venerologie -
Ludwig Boltzmann Institut für Zellbiologie und Immunbiologie der Haut

Photobiologische und photoimmunologische Forschung

1. Mechanismen der UV- und Ligand-induzierten Apoptose von Keratinozyten
   Wir konnten zeigen, dass nicht, wie lange Zeit angenommen, nukleärer DNA-Schaden alleine entscheidend ist, ob eine Zelle nach UV-Bestrahlung in die Apoptose geht oder nicht, sondern auch andere Faktoren dabei von Bedeutung sind. In diesem Zusammenhang konnte unsere Arbeitsgruppe beobachten, dass UV-Strahlung zu einer direkten Aktivierung von Todesrezeptoren führt. Die Mechanismen dieser direkten Rezeptoraktivierung sind unklar, und werden derzeit auf molekularbiologischer Ebene untersucht. In diesem Zusammenhang konnte gezeigt werden, dass Veränderungen im Zytoskelett eine Aktivierung der Todesrezeptoren begünstigen und dies unter Umständen auch bei der UV-induzierten Apoptose von Bedeutung ist. Derzeit wird untersucht, inwieweit Ceramide, membranständige Lipide, bei der direkten Aktivierung von Todesrezeptoren von Bedeutung sind. Eine weitere wichtige Rolle in der Vermittlung der UV-induzierten Apoptose spielen reaktive Sauerstoffspezies, zumal beobachtet wurde, dass in Gegenwart von Radikalfängern die UV-induzierte Apoptose partiell inhibiert wird. Eine Reduktion des DNA-Schadens durch Zugabe exogener Reparaturenzyme, eine Inhibierung der Aktivierung der Todesrezeptoren sowie die Zugabe von Radikalfängern hat eine komplette Inhibition des UV-vermittelten Zelltodes zur Folge. Dies zeigt, dass die drei Signalwege in additiver aber von einander unabhängiger Weise an der Signaltransduktion des UV-induzierten Zelltodes beteiligt sind.
   Wir konnten beobachten, dass der Entzündungsmediator Interleukin-1 (IL-1) Ligand-induzierte Apoptose verhindert, im Gegensatz dazu aber UV-induzierte Apoptose verstärkt. Die Inhibition der Ligand-induzierten Apoptose ist auf eine Aktivierung des anti-apoptotisch wirksamen Transkriptionsfaktors NFkB zurückzuführen. Die Verstärkung des durch UV-Strahlung vermittelten Zelltodes durch IL-1 ist durch eine vermehrte Freisetzung des Todesliganden Tumornekrose-Faktor-a bedingt. Dafür ist ebenfalls die Aktivierung von NFkB verantwortlich. Wie diese ambivalente Funktion von NFkB kontrolliert wird, wird derzeit untersucht, insbesondere welche Rolle die molekulare Zusammensetzung und Aktivierungskinetik des NFkB Komplexes sowie der UV-induzierte DNA-Schaden, vor allem im Hinblick auf die Zugänglichkeit von NFkB regulierten Promotorbereichen, und koregulatorische Faktoren spielen.
   Es wird auch untersucht, welche molekularen Mechanismen dem apoptotischen Effekt des Todesliganden TRAIL (tumor necrosis factor related apoptosis inducing ligand) zugrunde liegen. TRAIL induziert präferentiell Apoptose in Tumorzellen, nicht aber in normalen Zellen. Aus diesem Grunde ist die Substanz aus therapeutischer Hinsicht vor allem für die onkologische Therapie von Bedeutung. Welche Mechanismen der Suszeptibilität bzw. Resistenz von TRAIL zugrunde liegen, ist weitgehend ungeklärt. Wir konnten beobachten, dass die Applikation von äußerst geringen subletalen Mengen von UVB-Strahlung TRAIL-resistente Zellen extrem sensitiv gegenüber diesem Todesliganden machen. Über die Aufklärung der zugrunde liegenden Mechanismen dieses Phänomens wird erwartet, dass dadurch die Faktoren, die über TRAIL-Suszeptibilität bzw. –Resistenz entscheiden, identifiziert werden können.

2. Modulation der DNA-Reparatur
   Da UV-induzierte Apoptose eine wichtige Rolle bei der Photocarcinogenese spielt, werden die molekularen Mechanismen des UV-mediierten Zelltodes untersucht. Im Zentrum der derzeitigen Studien steht die Frage, ob bzw. über welche Mechanismen UV-induzierte Apoptose von außen beeinflusst werden kann. In diesem Zusammenhang wurde beobachtet, dass das immunmodulatorische Zytokin Interleukin-12 (IL-12) UV-induzierte Apoptose von Keratinozyten in vitro deutlich reduziert. Ebenso wurde in vivo eine Reduktion der Sonnenbrandzellen nach Injektion von IL-12 gefunden werden. Dies ist nicht auf einen Filtereffekt von IL-12 zurückzuführen, da spektrophotometrische Analysen ausschlossen, dass IL-12 im UVB-Bereich absorbiert. Interessanterweise konnte in vitro eine deutliche Reduktion des UV-induzierten DNA-Schadens (Pyrimidindimere) nach Zugabe von IL-12 beobachtet werden. Immunhistochemische Untersuchungen bestätigten diese Ergebnisse auch für die in vivo Situation. Wurden die Analysen unmittelbar nach UV-Bestrahlung durchgeführt, waren keine Unterschiede im UV-induzierten DNA-Schaden zu beobachten. Dies ließ vermuten, dass IL-12 DNA-Schaden reduziert. Dies konnte im Comet-Assay bestätigt werden, was nahe legte, dass IL-12 DNA-Reparatur induziert. Dementsprechend war IL-12 in der Lage, bestimmte Komponenten des “Nucleotide Excision Repair“ (NER) auf transkriptioneller Ebene zu induzieren. In XPA-knock-out Mäusen, die aufgrund einer genetischen Manipulation über keinen funktionsfähigen NER verfügen, war IL-12 nicht in der Lage, die Formation von Sonnenbrandzellen zu reduzieren. Ebenso konnte in Lymphozyten von Xeroderma pigmentosum Patienten eine Reduktion des DNA-Schadens durch IL-12 nicht nachgewiesen werden. Diese Untersuchungen zeigen, dass der protektive Effekt von IL-12 vermutlich auf eine Induktion des NER durch IL-12 zurückzuführen ist. Dies ist insofern eine wichtige Beobachtung, als dadurch erstmalig gezeigt werden konnte, dass der NER nicht nur konstitutiv exprimiert wird, sondern auch einer Regulation unterliegt, und über Zytokine beeinflusst werden kann. Zukünftige Untersuchungen werden zeigen, ob durch den protektiven Effekt von IL-12 eine Reduktion des Photocarcinogeneserisikos erzielt werden kann.

3. Pathomechanismen epidermaler Entzündungen insbesondere des allergischen Kontaktekzems
   Während die Induktionsphase des allergischen Kontaktekzems sehr gut untersucht ist, sind die Mechanismen der Auslösephase des allergischen Kontaktekzems weitgehend unbekannt. Im Rahmen dieses Projektes wird untersucht, welche negativ-regulatorischen Mechanismen die Auslösephase des allergischen Kontaktekzems beeinflussen. In diesem Zusammenhang interessiert die Bedeutung von regulatorischen T-Zellen. UV-induzierte regulatorische T-Zellen inhibieren nach intravenöser Injektion die Induktion eines allergischen Kontaktekzems. Allerdings üben sie nach intravenöser Injektion keinen inhibitorischen Effekt auf die Auslösephase aus. Es wird daher angenommen, dass regulatorische T-Zellen lediglich in der Induktionsphase nicht aber in der Auslösephase suppressiv wirken. Unter der Annahme, dass regulatorische T-Zellen nach intravenöser Injektion vorwiegend in die Lymphknoten migrieren nicht aber in die Peripherie, wurden UV-induzierte hapten-spezifische regulatorische T-Zellen in die Ohren sensibilisierter Mäuse injiziert. In diesen Mäusen war anschließend das allergische Kontaktekzem nicht auszulösen. Diese Untersuchungen zeigen, dass regulatorische T-Zellen nach direkter Applikation in den Manifestationsort des allergischen Kontaktekzems dieses sehr wohl unterdrücken können. Die Unterdrückung der Entzündungsreaktion ist auf eine Freisetzung des immunsuppressiven Zytokins IL-10 zurückzuführen. Derzeit wird untersucht, welche Oberflächenmoleküle das Migrationsverhalten der regulatorischen T-Zellen determinieren bzw. ob die Expression dieser Oberflächenstrukturen beeinflusst werden kann.

Beteiligter Wissenschaftler:

Univ-Prof. Dr. med. Thomas Schwarz