Die Bedeutung von Ektoenzymen und purinergen Rezeptoren für die Regulation intestinaler T-Lymphozyten in Homöostase und Entzündung
Final Report Abstract
Extrazelluläre Adeninnukleotide wie ATP, NAD+ und Adenosin sind in der Lage Immunantworten zu beeinflussen. ATP und NAD+ werden bei Zellstress oder Zelltod freigesetzt und wirken überwiegend pro-inflammatorisch auf Zellen des Immunsystems. Extrazelluläres Adenosin hingegen hat eine anti-inflammatorische Funktion. Die Konzentrationen der extrazellulären Nukleotide werden durch verschiedene Ektoenzyme kontrolliert. CD38 ist die wichtigste Hydrolase für extrazelluläres NAD+. CD38 begrenzt dadurch auch die Wirkung der ADP-Ribosyltransferase ARTC2, die NAD+ als Substrat zur Modifikation verschiedener Oberflächenproteine verwendet. CD39 hydrolysiert ATP und ADP zu AMP, welches dann durch CD73 zu Adenosin abgebaut wird. Durch die Umwandlung von pro-inflammatorischem ATP in anti-inflammatorisches Adenosin besitzt die CD39-CD73-Achse eine immunregulierende Funktion. In unserem Projekt wurden die Funktionen von ARTC2, CD38, CD39 und CD73 in bakteriellen Infektionsmodellen und in einem Colitis-Modell untersucht. ARTC2 katalysiert in Anwesenheit von NAD+ die ADP-Ribosylierung von CD8β. Folgen sind die verminderte Bindung von anti-CD8β Antikörpern und die Inhibition der Interaktion von TCR, CD8 und MHC I- Peptidkomplex. Dies bedeutet auch, dass NAD+, welches durch Gewebeschädigung im Rahmen der Isolierung von primären T-Zellen freigesetzt wird, zur ADP-Ribosylierung von CD8β und wahrscheinlich von weiteren Oberflächenproteinen führt und dadurch die nachfolgenden Analysen der T-Zellen beeinträchtigen kann. Die Wirkung der ADP-Ribosylierung von CD8β auf T- Zellantworten in vivo bleibt aber unklar. Zumindest in unseren Infektionsmodellen konnte eine ADP- Ribosylierung nicht nachgewiesen werden und das Fehlen von ARTC2 hatte keinen Einfluss auf die T-Zellantwort. Sowohl im DSS-Colitis-Modell als auch in der angeborenen Immunantwort gegen das Bakterium Listeria monocytogenes ist CD38 von zentraler Bedeutung. Im Colitis-Modell führt das Fehlen von CD38 zu einer deutlich verminderten Entzündung und dadurch zu einem milderen Krankheitsverlauf. Im Gegensatz dazu sind CD38-/- Mäuse im Vergleich zu Kontrolltieren empfindlicher gegenüber der L. monocytogenes-Infektion, mit deutlich erhöhten Bakterientitern in Milz und Leber. In beiden Modellen beobachten wir eine eingeschränkte Rekrutierung von Granulozyten und Monozyten in die entzündeten bzw. infizierten Gewebe, die zumindest teilweise die mildere Darmentzündung und die reduzierte Bakterienkontrolle erklären kann. Im L. monocytogenes- Modell gibt es aber auch Hinweise, dass die bakterizide Funktion der CD38-defizienten Makrophagen eingeschränkt ist. Unsere Ergebnisse identifizieren CD38 als wichtigen Regulator von Entzündungsprozessen. CD38 bzw. die enzymatische Aktivität des Proteins sind daher interessante Zielstrukturen für neue anti-inflammatorische Therapieansätze. Die Expression von CD39 und CD73 verändert sich im Verlauf der L. monocytogenes-Infektion auf allen untersuchten Zellen deutlich. Granulozyten und Inflammatorische Monozyten zeigen eine verstärkte Expression von CD39 und im Gegensatz zu naiven T-Zellen mit einem CD39- CD73+ Phänotyp sind Listerien-spezifische CD4+ und CD8+ T-Zellen überwiegend CD39+CD73-. Das Fehlen von CD39 führt zu einer veränderten Immunantwort gegen L. monocytogenes. In der frühen Phase der Infektion zeigen CD39-/- Mäuse eine erhöhte Zytokinproduktion und reduzierte Bakterientiter. Zu späten Zeitpunkten kann eine verstärkte CD8+ T-Zellantwort nachgewiesen werden. CD39 ist daher in der Lage sowohl die angeborene als auch die erworbene Immunantwort gegen L. monocytogenes zu regulieren. Insgesamt können wir zeigen, dass die Ektoenzyme CD38 und CD39 eine wichtige Funktion in der Regulation von Entzündungsprozessen und Immunantworten besitzen.
Publications
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