Fachbereich 05 - Medizinische Fakultät
Klinik und Poliklinik für Hautkrankheiten - Allgemeine Dermatologie und Venerologie -

Dermatoimmunologie und Tumorimmunologie

1. Biologie der Antigenpräsentation
   Um eine zelluläre Immunantwort neu auszubilden müssen T Zellen mit Antigen-präsentierenden Zellen (APC) interagieren. Diesen Prozess nennt man Antigenpräsentation. Hierbei wird ein Antigen vor der APC zunächst aufgenommen, verarbeitet (“prozessiert“) und anschließend an der Zelloberfläche im Zusammenhang mit MHC Molekülen exprimiert. Erkennt die T Zelle die gesamte Struktur aus MHC und Antigen mit Hilfe ihres spezifischen T Zell-Rezeptors (TCR), wird eine Signalkaskade in das Zellinnere weitergeleitet, die letztlich zur Aktivierung der T Zelle führt. Der Kontakt mit Antigen-MHC allein reicht dafür jedoch nicht aus, sondern es bedarf der weiteren Stimulation der T Zelle über kostimulatorische Moleküle. Aufgrund ihrer besonderen Effizienz der Antigenpräsentation sind dendritische Zellen (DC) die physiologisch bedeutsamsten wichtigsten APC. Die Analyse der Physiologie der Antigenpräsentation durch DC sowie deren immuntherapeutische Anwendung bilden den Schwerpunkt des wissenschaftlichen Interesses der Arbeitsgruppe.

2. Biologie der epidermalen Langerhanszellen
   Langerhanszellen sind die dendritischen Zellen der Epidermis. Wir beschäftigen uns mit der Regulation der Langerhanszell-Funktion durch Zytokine, Neuropeptide und UV-Licht, wobei das allergische Kontaktekzem, tumorspezifische Immunantworten und die Induktion von Immuntoleranz nach ultravioletter (UV) Bestrahlung typische Untersuchungssysteme darstellen. In diesem Zusammenhang wurde die Bedeutung von T Zellen für die Langerhanszell-Funktion mit Hilfe von T Zell-defizienten Mäusen untersucht, und die Relevanz einer Reihe von Zytokinen (u.a. IL-1, IL-3, IL-6, IL-10, GM-CSF, TNF-alpha, TGF, IFN-alpha) für die Langerhanszellfunktion wurde bestimmt. Weiterhin untersuchten wir die Wirkungen von Neuropeptiden und Neurohormonen (insbesondere alpha-MSH und CGRP) auf die Antigenpräsentation. Für beide dieser Faktoren konnte erstmals eine immunmodulatorische Funktion im Hinblick auf die Antigenpräsentation nachgewiesen werden.
   Zudem wurden transgene Mausstämme hergestellt, in denen die Funktion epidermaler Langerhanszellen gezielt beeinflusst wurde, indem unter Kontrolle des hautspezifischen K14-Promoters oder des DC-spezifischen CD11c-Promoters Moleküle der TNF/TNF-R Genfamilie transgen überexprimiert wurden. Durch Überexpression des Langerhanszell-aktivierenden Faktors CD40L in der Epidermis konnte nachgewiesen werden, dass eine chronische Überaktivierung von Langerhanszellen nicht nur zu einer lokalen Entzündungsreaktion, sondern zu systemischer Autoimmunität führt. Weitere transgene Mausmodelle, die bei uns konstruiert wurden, exprimieren die Zytokine IL-10 oder Il-15, bzw. die Moleküle RANKL oder TRAIL unter der Kontrolle des K14 Promoters. Der Phänotyp dieser Tiere wird z.Zt. analysiert.

3. Biologie der dendritischen Zellen
   Die Zellmigration ist essentieller Bestandteil der Funktion dendritischer Zellen, da diese zum einen aus dem Blut in ihre Zielorgane einwandern sind zum anderen nach Aktivierung aus diesen wieder auswandern, um Antigene in die lymphatischen Organe zu transportieren. Daher untersuchen wir sowohl die Wanderung dendritischer Zellen aus dem Blut in periphere Gewebe als auch deren Migration aus den Geweben in regionale Lymphknoten, wobei uns besonders die hierfür relevanten Selektine und Integrine interessieren. Wir konnten zeigen, dass DC weder Selektine noch beta2-Integrine für die transendotheliale Migration benötigen. Weiterhin wurde die Bedeutung von beta2-Integrinen für die Antigenpräsentation untersucht, und insbesondere der Immunphänotyp von CD18-genmutanten Mäusen charakterisiert. Hier konnten wir zeigen, dass beta2-Integrine von DC exprimiert werden, diese jedoch im wesentlichen nicht funktionell sind. Gleichzeitig weisen aber beta2-Integrin-defiziente Mäuse überraschenderweise eine spontane Überaktivierung des B- und T-Zell Kompartments auf. Zusätzlich wurde die Interaktion von DC mit Strukturen der extrazellulären Matrix untersucht. Hierzu wurde die Methodik der Zeitraffer-Videomikroskopie im Durchlicht- und konfokalen Mikroskop im Labor etabliert. Zudem wurden mehrere T Zell Rezeptor-transgene Maussysteme etabliert, um so antigenspezifische Immunantworten in vivo bzw. die Aktivierung naiver T Zellen ex vivo untersuchen zu können. Mithilfe dieser Methodik konnten wir die Interaktion von dendritischen Zellen mit T Zellen im Kontext einer dreidimensionalen Bindegewebsmatrix während der Antigenpräsentation analysieren, und beschäftigen und z.Zt. intensiv mit einem Vergleich der Interaktion verschiedener Typen antigenpräsentierender Zellen mit T Zellen während der Antigenpräsentation.

4. Pathophysiologie des allergischen Kontaktekzems
   Durch Verwendung verschiedener gendefizienter Mausstämme (u.a. GM-CSF, IL-10, Thy-1, CD18) sowie durch medikamentöse Depletion von Langerhanszellen aus der Haut wurde die Bedeutung von Langerhanszellen bei der Auslösung des allergischen Kontaktekzems untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass keines der untersuchten Gene für die normale Langerhanszell-Dichte in der Haut bzw. deren Funktion erforderlich ist. Weiterhin wurde gezeigt, dass die Anwesenheit von Langerhanszellen in der Haut für die Auslösung eines Kontaktekzems nicht erforderlich ist, da das allergische Kontaktekzem auch in Langerhanszell-depletierter Haut normal oder gar verstärkt auslösbar war. Hierauf aufbauend untersuchten wir anschließend, inwieweit die Auslösung des allergischen Kontaktekzems von der Dosis des verabreichten Allergens abhängig ist, und ob die Fähigkeit zur Auslösung einer Ekzemreaktion eine intrinsische Eigenschaft von Allergenen ist. Es wurde gezeigt, dass Allergene dosisabhängig eine unspezifische inflammatorische Reaktion auslösen, und dass diese für die allergenspezifische Immunantwort von großer Bedeutung ist.

5. Relevanz von Antigenpräsentierenden Zellen für tumorspezifische Immunantworten
   Ein weiterer Schwerpunkt unseres wissenschaftlichen Interesses ist die Tumorantigen-Präsentation und Tumor-Immuntherapie mit Hilfe von Langerhanszellen bzw. dendritischen Zellen. Wir konnten erstmals nachweisen, dass epidermale Langerhanszellen und andere dendritische Zellen zur Immuntherapie von Tumoren geeignet sind. Verschiedene Untersuchungsreihen beschäftigten sich mit dem Einfluss von Zytokinen auf die Fähigkeit von DC, tumorspezifische Antigene zu präsentieren, wobei insbesondere die Modulation der Tumor-Immunantwort in vivo als Zielkriterium verwendet wurde. In letzter Zeit wurde die Regulation der Tumorantigen-Präsentation sowie Faktoren, die die Effizienz einer Immuntherapie mit dendritischen Zellen beeinflussen, untersucht. Zum einen wurden dendritische Zellen mit Zytokin-Genen transfiziert, um die Bedeutung dieser immunmodulatorischen Faktoren für die Antigenpräsentation in vivo zu evaluieren, und um mögliche gentherapeutische Wege zur Verbesserung der Immuntherapie mit dendritischen Zellen aufzuzeigen. In einer anderen Versuchsreihe wurde die migratorische Kapazität von dendritischen Zellen, die zur Tumor-Immuntherapie subkutan appliziert werden, untersucht. Die aus diesen Untersuchungsreihen gewonnenen Erkenntnisse wurden zur Durchführung einer klinischen Therapiestudie zur Behandlung von Patienten mit fortgeschrittenem Malignen Melanom verwendet. In dieser Studie konnte erstmals die Möglichkeit einer Immuntherapie mit dendritischen Zellen bei soliden Tumoren aufgezeigt werden, und es konnten bereits in mehreren Fällen erfreuliche Therapieerfolge erzielt erden. In jüngster Zeit steht die Kombination einer Immuntherapie mit dendritischen Zellen und anderer immuntherapeutischer Verfahren im Mittelpunkt unseres diesbezüglichen Interesses. Hier werden sowohl im Maussystem verschiedene Untersuchungsreihen durchgeführt, als auch eine erneute Therapiestudie beim Menschen konzipiert.

6. Photokarzinogenese
   Zusätzlich beschäftigen wir uns mit der durch UV-Bestrahlung induzierten Immunmodulation. Hier konnte die essentielle Bedeutung mehrerer Zytokine, insbesondere von IL-10 und IL-12, in der Pathophysiologie dieser Veränderungen aufgezeigt werden. Weiterhin wurde die Bedeutung von T Zell Subpopulationen und von antigenpräsentierenden Zellen in diesem Kontext untersucht. Es konnten Hinweise dafür erbracht werden, dass CD8+ immunregulatorische T Zellen die UV-bedingte Immunsuppression vermitteln, und dass der Wirkmechanismus in der Induktion der Apoptose von antigentragenden antigenpräsentierenden Zellen liegt. Darüberhinaus befasst sich ein weiteres Projekt mit der Bedeutung von Zytokinen und kostimulatorischen Molekülen für die Entstehung von Hauttumoren nach chronischer UV-Bestrahlung. Hier konnte gezeigt werden, dass kostimulatorische Moleküle der B7-Familie für die Entstehung tumorspezifischer Immunantworten von wesentlicher Bedeutung sind und dass die Antigenpräsentation und die daraus resultierende Balance zwischen Typ 1 und Typ 2 T Zellen ein wichtiger Regulator der UV-Karzinogenese und der immunologischen Erkennung und Destruktion von UV-induzierten Tumoren ist.

7. Klinische Forschung
   Ziel der klinisch orientierten Forschung ist die Etablierung einer immunmodulatorischen Therapie auf der Grundlage dendritischer Zellen. Hierbei bilden diese Zellen entweder das Target für eine medikamentöse Immunmodulation, oder die DC können selbst als zelluläres Therapeutikum verwendet werden. In diesem Zusammenhang werden die Wirkungen von immunmodulatorischen Substanzen auf DC, sowie die Immuntherapie mit DC selbst anhand von experimentellen Modellen untersucht. Insbesondere wird an der Entwicklung der Tumor-Immuntherapie mit Hilfe von DC anhand von Tiermodellen sowie in klinischen Studien gearbeitet. Hier gehöre ich weltweit zu den Wissenschaftlern mit der längsten Erfahrung auf diesem Gebiet. Seit Jahren produziert mein Labor DC zur klinischen Immuntherapie des metastasierten Melanoms. Wir führen derzeit mehrere klinische Studien zur Evaluierung der klinischen Wirksamkeit der DC-vermittelten Tumor-Immuntherapie durch.

Beteiligter Wissenschaftler:

Univ.-Prof. Dr. med. Stephan Grabbe