Untersuchung der Entwicklung von Mastzellen und Basophilen mit Hilfe einer Mastzell-Protease-Gen "Knock-in" Maus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Während Allergiker in eindrucksvoller Weise das Potential einer unerwünschten Mastzellaktivierung spüren, ist die „eigentliche“ Funktion der Mastzelle im Immunsystem noch wenig verstanden. Sowohl die Differenzierungsschritte bei der Reifung von Mastzellen aus hämatopoetischen Stammzellen als auch ihre positive Rolle im Immunsystem bleiben unklar. Im Rahmen dieses von der DFG geförderten Projektes konnten wir eine Serie von Cpa3 Knock-in Maus Mutanten herstellen und damit verschiedene Fragen der Mastzell-Biologie beantworten. Der Cpa3Locus kodiert für die Mastzell-Carboxypeptidase A (Cpa3), einem Enzym welches spezifisch von Mastzellen und deren Vorläufern produziert wird und in den sekretorischen Mastzell-Granulen gespeichert wird. In Cpa3-/-(knock-out) Mäusen, fehlen die Proteasen Cpa3 und Mcpt5, weil die beiden Protease-Proteine voneinander abhängig sind. Cpa3inactMäuse exprimieren ein enzymatisch inaktives Cpa3 Protein und normales Mcpt5. Mit Hilfe dieser Mutanten konnten wir den molekularen Mechanismus aufklären, mit dem Mastzellen Endothelin 1, ein hochpotentes körpereigenes Peptid zur Blutdruck Regulation, und das SchlangengiftSarafotoxin 6b inaktivieren können. Diese Mutanten waren auch wertvoll in kollaborativen Untersuchungen der Abwehr weiterer Toxine, sowie der Funktion von Mastzell-Proteasen bei der Mastzell-Apoptose und der Wundheilung. In einer weiteren Kollaboration gelang die Identifizierung eines Enzyms der Heparin Biosynthese und die Aufklärung der Bedeutung dieses Syntheseschritts für die normale Prozessierung und chemische Modifikation von Heparin. Durch Neu-Kombination verschiedener Mutanten konnten wir darüberhinaus zeigen, dass die Zahl der Mastzellen bei einer Hautentzündung durch Signale des Wachstumsfaktorrezeptors Kit und von Lymphozyten reguliert wird. Mäuse mit mutiertem Kit Rezeptor (KitW/Wv) denen gleichzeitig Lymphozyten (Rag2-/-) und NK Zellen (γc-/-) fehlen, akzeptieren fremde Knochenmark Stammzellen ohne vorheriger Konditionierung durch Bestrahlung. Solche Rag2-/-γc-/-KitW/WvMäuse können in der Zukunft als universelle Stammzell-Empfänger zur Untersuchung verschiedenster Fragen der Hämato-poese eingesetzt werden. Zur Identifizierung adulter Mastzellvorläufer und zur Aufklärung von Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Mastzellen und anderen myeloiden Linien haben wir zwei neue Reportermäuse generiert. Die Cpa3huCD4 Reportermaus verwenden wir hierbei zur Isolierung und anschließenden Charakterisierung Cpa3-exprimierender Vorläuferzellen aus dem Knochenmark. Überraschenderweise führt die starke und anhaltende Cre-Expression in unserer zweiten Knock-in Maus (Cpa3Cre) zum kompletten Verlust von Mastzellen. Diese neue, von Kit-Mutationen unabhängige mastzelllose Maus haben wir umfangreich charakterisiert und bereits in vier verschiedenen potentiell Mastzell-abhängigen Krankheitsmodellen getestet. Dabei bestätigte sich, dass Mastzellen die relevanten Effektorzellen in der IgE-vermittelten Anaphylaxie sind. Andererseits widerlegten unsere Arbeiten Hinweise aus Studien mit Kit-Mutanten mastzelllosen Mäusen, dass Mastzellen eine wesentliche Rolle in der Ausprägung einer Autoantikörper-vermittelten Arthritis oder durch MyelinOligodendrocyteGlycoprotein (MOG)-Peptid-induzierten autoimmunen Enzephalomyelitis spielen. Arbeiten über den septischen Schock werden wir in Kürze abschließen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Heparansulfate C5-epimerase is essential forheparinbiosynthesis in mastcells. Nat. Chem. Biol. 2: 195-196 (2006)
Feyerabend, T. B., Li, J.P., Lindahl, U., and Rodewald, H.R.
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Kit is essential for PMA-inflammation-inducedmastcellaccumulation in theskin. Blood 109: 5363-5370 (2007)
Waskow, C., Bartels, S., Schlenner, S.M., Costa, C., and Rodewald, H.R.
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Molecularmechanismofmastcell-mediatedinnatedefenseagainstendothelinandsnakevenomsarafotoxin. J.Exp. Med. 204: 2629-39 (2007)
Schneider, L.A., Schlenner, S.M., Feyerabend, T. B., Wunderlin, M., and Rodewald, H.R.
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Hematopoieticstemcelltransplantationwithoutirradiation. Nat. Methods 4: 267-269 (2009)
Waskow, C., Madan, V., Bartels, S., Costa, C., Blasig, R. and Rodewald, H.R.
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The inflammatoryresponsefollowing an epidermal burndepends on theactivitiesofmousemastcellproteases 4 and 5. J. Immunol. 185:7681-7690 (2010)
Younan, G., Suber, F., Xing, W., Shi, T., Kunori, Y., Abrink, M., Pejler, G., Schlenner, S.M., Rodewald, H.R., Moore, F.D, Stevens, R.L., Adachi, R., Austen, F.K. and Gurish, M. F. J.
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A roleforserglycinproteoglycans in mastcellapoptosisinducedby a secretorygranule-mediatedpathway. J. Biol. Chem. 286:5423-5433 (2011)
Melo, F.R, Waern, I., Rönnberg, E., Åbrink, M., Lee, D.M, Schlenner, S.M., Feyerabend, T.B., Rodewald, H.R., Turk, B., Wernersson, S., and Pejler, G.
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Cre-mediatedcellablationcontestsmastcellcontribution in modelsof antibody- and T cell-mediatedautoimmunity. Immunity, 35:832-844 (2011)
Feyerabend, T.B., Weiser, A., Tietz, A., Stassen, M., Harris, N., Kopf, M., Radermacher, P. Möller, P., Benoist, C., Mathis, D., Fehling, H.J., and Rodewald, H.R.
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Mast cellchymasereducestoxicityof Gila monsterandscorpionvenoms, and VIP, in mice. J. Clin. Invest., 121:4180-4191 (2011)
Akahoshi, M., Ho Song, C., Piliponsky, A. M., Metz, M., Guzzetta, A., Åbrink, M., Schlenner, S.M., Feyerabend, T.B., Rodewald, H.R., Pejler G., Tsai, M., and Galli, S. J.
