Inaktivierung von Chemokinrezeptoren inflammatorischer Zellen mittels molekularem Modelling von Chemokin-Peptiden als neue Strategie der Interaktion beim allergischen Asthma
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zunächst konnte gezeigt werden, dass CCL15, welches üblicherweise als rezeptoraktivierendes Agens nur in mikromolaren Mengen in menschlichem Blut vorkommt, in die aktive und Monozyten attraktierende Formen CCL15(24-92) und CCL15(27-92) durch neutrophile Granulozyten prozessiert wird und lokal in nanomolaren Konzentrationen vorkommt. Des weiteren wurde zur Vorbereitung von in naher Zukunft durchzuführenden Versuchen an Primaten der CCR-1 Rezeptor von Macaca fascicularis kloniert, sowie die differentielle Internalisierung des Rezeptors CCR1 in humanen eosinophilen Granulozyten nach Gabe von diversen Chemokinen beschrieben. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass CCL15 Expression und Aktivierung bei chronischem Nierenversagen erhöht sind. Im Rahmen der laufenden Versuche mit CCL11/CCL14-Hybriden wurde zunächst NNY-CCL11 synthetisiert und sowohl an humanen und murinen eosinophilen Granulozyten, als auch mit Zelllinien, die mit humanem CCR3 oder CCR5 transfiziert wurden, getestet. Es stellte sich dabei heraus, dass NNY-CCL11, ähnlich der Ausgangsverbindung CCL11, CCR3 aktiviert, allerdings auch CCR5 und zwar 100 mal besser als CCL11. Des Weiteren wurde gezeigt, dass NNY-CCL11 im Vergleich zu natürlichem CCL11 (wie auch für NNY-CCL14 beschrieben) resistent ist gegenüber Dipeptidyl-Peptidase IV/CD26-Degradation. Die erhöhte Affinität von NNY-CCL11 zu CCR5 gegenüber CCL11 macht dieses Peptid nicht unbedingt attraktiver für eine Verwendung bei Asthma, könnte aber auf jeden Fall bei der CCR5-vermittelten Corezeptorbindung, wie sie bei HIV-Infektionen auftritt, Verwendung finden. Unsere Studien sind ein weiterer Beleg dafür, dass NNY-CCL14 mit einer Vielzahl von Chemokin-Rezeptoren interagiert und die Migration und Aktivierung verschiedener Zellpopulationen beeinflusst, so dass es eine therapeutische Rolle bei der allergischen Entzündung spielen kann. Insbesondere die Beeinflussung der Rekrutierung von Leukozyten ist eine attraktive therapeutische Strategie. Neben der von uns gezeigten Internalisierung und Desensitisierung des CCR3 durch NNY-CCL 14 konnten wir in-vivo-Effekte bei der allergischen Atemwegsentzündung zeigen, die auf die inaktivierenden Effekte des Chemokins bei CCR1- und CCR5-überexprimierenden Zelllinien und primären Leukozyten zurückzuführen waren. NNY-CCL14 ist in der Lage, eine CCR1- und CCR5-vermittelte Kalzium-Freisetzung zu desensitisieren und die Rezeptor-Internalisierung von der Zelloberfläche zu bewirken. Die Behandlung mit NNY-CCL14 in einem Maus-Modell der Lungenentzündung führte entsprechend zu einer Reduktion der Entzündungsparameter. Es konnte in dieser Studie gezeigt werden, dass die systemische Behandlung mit NNY-CCL14 zu einer Reduktion von CCR5 auf der Oberfläche von Lymphozyten führt, nicht aber zu einer Reduktion von CCR3. Daher scheint CCR5 ein wichtiges Target zur Behandlung der allergischen Atemwegsentzündungen zu sein. In weiteren Studien mit NNY-CCL14 konnte von uns dargestellt werden, dass neben seinem bekannten Einfluss auf CCR3, CCR1 und CCR5 die inhibitorischen und entzündungshemmenden Effekte im Tiermodell des allergischen Asthmas auch auf Wechselwirkungen mit dem Rezeptor CCR2 zurückzuführen sind. NNY-CCL14 konnte als partieller Agonist zum CCR2 charakterisiert werden, dabei wird die Wirkung des für CCR2 selektiven Liganden CCL2 auf Monozyten verhindert. Das modifizierte Chemokin führt zu einer raschen Desensitisierung des Rezeptors CCR2 und verhindert so die Chemotaxis. Gleichwohl ist es in der Lage, eine Kalzium-Mobilisierung in den Zellen aber keine CCR2 Internalisierung hervorzurufen. In einer weiterführenden Studie wurde von uns untersucht, inwieweit eine Variante des NNY-CCL 14, bei welcher eine wichtige Zelloberflächenzuckerbindungsstelle entfernt worden ist, das sogenannte (non-GAG-binding)-NNY-CCL14, ähnliche Effekte auf die Chemokinrezeptoren und die Entzündungsreaktion in Form der Leukozytenmigration besitzt. Es konnte gezeigt werden, dass (non- GAG-binding)-NNY-CCL14 eine vergleichsweise geringe Kalzium-response, aber eine unveränderte Internalisierung und Desensitisierung des CCR1 bewirkte. Bezüglich CCR3 wurde herausgefunden, dass (non-GAG-binding)-NNY-CCL14 eine deutlich verringerte Aktivität auf CCR3 besitzt, was sich auch in einer deutlich reduzierten Chemotaxis von Eosinophilen und Monozyten widerspiegelte. Bezüglich CCR5 wurde festgestellt, dass (non-GAG-binding)-NNY-CCL14 im Vergleich zu NNY-CCL14 keine signifikant unterschiedlichen Wirkungen ausübt. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass (non-GAG-binding)-NNY-CCL14 eine interessante therapeutische Option darstellt, da es eine schnelle Okupation der für die Entzündungsprozesse wichtigen Chemokinrezeptoren mit ihren Auswirkungen auf Leukozytenfunktion haben sollte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2005. Cloning, expression, and functional characterization of cynomolgus monkey (Macaca fascicularis) CC chemokine receptor 1. J Leukoc Biol 78:1175-1184
Gupta S, Schulz-Maronde S, Kutzleb C, Richter R, Forssmann WG, Kapp A, Forssmann U, Elsner J
- 2005. Quantum proteolytic activation of chemokine CCL15 by neutrophil granulocytes modulates mononuclear cell adhesiveness. J Immunol 175:1599-1608
Richter R, Bistrian R, Escher S, Forssmann WG, Vakili J, Henschler R, Spodsberg N, Frimpong-Boateng A, Forssmann U
- 2006. Increase of expression and activation of chemokine CCL15 in chronic renal failure. Biochem Biophys Res Commun 345:1504-1512
Richter R, Forssmann U, Henschler R, Escher S, Frimpong-Boateng A, Forssmann WG
- 2007. The allergy-associated chemokine receptors CCR3 and CCR5 can be inactivated by the modified chemokine NNY-CCL11. Allergy 62:17-24
Manns J, Rieder S, Escher S, Eilers B, Forssmann WG, Elsner J, Forssmann U
- 2008. Inhibition of CD26/dipeptidyl peptidase IV enhances CCL11/eotaxin-mediated recruitment of eosinophils in vivo. J Immunol. 181: 1120-1127
Forssmann U, Stoetzer C, Stephan M, Kruschinski C, Skripuletz T, Schade J, Schmiedl A, Pabst R, Wagner L, Hoffmann T, Kehlen A, Escher SE, Forssmann WG, Elsner J, von Hörsten S
- 2008. Intravascular inactivation of CCR5 by n-Nonanoyl-CC chemokine ligand 14 and inhibition of allergic airway inflammation. J Leukoc Biol. 83:765-73
Gupta S, Fuchs B, Schulz-Maronde S, Heitland A, Escher SE, Mack M, Tillmann HC, Braun A, Forssmann WG, Elsner J, Forssmann U
- 2008. n-Nonanoyl-CCL14 (NNY-CCL14), a novel inhibitor of allergic airway inflammation is a partial agonist of human CCR2. Allergy. 63:1317-1323
Gupta S, Erdmann G, Schulz-Maronde S, Escher SE, Richter R, Forssmann WG, Elsner J, Forssmann U
- 2009. Significance of N-terminal proteolysis of CCL14a to activity on the chemokine receptors CCR1 and CCR5 and the human cytomegalovirus-encoded chemokine receptor US28. J Immunol. 183: 1229-1237
Richter R, Casarosa P, Ständker L, Münch J, Springael JY, Nijmeijer S, Forssmann WG, Vischer HF, Vakili J, Detheux M, Parmentier M, Leurs R, Smit MJ
- 2010. CCR1- and CCR5-mediated inactivation of leukocytes by a nonglycosaminoglycan (non-GAG)-binding variant of n-nonanoyl-CCL14 (NNY-CCL14). J Leukoc Biol. 88: 383-392
Gupta S, Rieder S, Richter R, Schulz-Maronde S, Manns J, Escher SE, Heitland A, Mack M, Forssmann WG, Elsner J, Forssmann U
