Identifizierung und Charakterisierung der Relevanz und der Mechanismen einer Mastzell-vermittelten Deaktivierung von Toxinen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das übergeordnete Ziel der Untersuchungen im Rahmen des bewilligten Projektes war es einerseits, die biologische Relevanz der Mastzell-vermittelten Deaktivierung von Giften genauer zu charakterisieren und ihre Bedeutung im menschlichen System zu identifizieren und andererseits, die Mechanismen der Mastzell-vermittelten Detoxifizierung im Maussystem zu anlysieren. In unseren Arbeiten konnten wir wesentliche neue Erkenntnisse gewinnen die hochrangig publiziert wurden und werden und die wesentliche Ansätze für zukünftige Forschungsvorhaben bieten. So konnten wir z.B. die wichtige Rolle von Mastzellproteasen für die Kontrolle toxischer Proteine bestätigen. Wir konnten hierbei zeigen, dass murine Mastzell-Chymase sowohl bestimmte Tiergifte wie z.B. vom Gila-Monster und zwei verschiedenen Skorpionen als auch das endogen produzierte vasoactive intestinal peptide (VIP) degradieren und detoxifizieren kann. Weiterhin ist uns der Nachweis gelungen, dass humane Mastzellen von einer Vielzahl verschiedenster Tiergifte aktiviert werden. Im Gegensatz zum murinen System bei dem wir bislang Carboxypeptidase A und Chymase als die wichtigsten Enzyme zur Detoxifizierung von Tiergiften identifiziert haben haben wir überraschender Weise festgestellt, dass beim Menschen Tryptase die entscheidende Protease darstellt. Dies ermöglicht uns nun für einen therapeutischen Ansatz bei Schlangenbissen ein (nahezu) universelles Antivenom zu entwickeln das auch beim Menschen angewendet werden kann. Auf dem Weg zu diesen Ergebnissen gab es jedoch einige Unwegbarkeiten die zu zum Teil erheblichen Verzögerungen geführt haben: 1) Wir mussten im Verlauf unserer initialen Experimente mit verschiedenen humanen Mastzellpopulationen (human cord blood-derived mast cells [hCBMC], LAD-2 Zellen, primären humanen Hautmastzellen) feststellen, dass die relativ einfach und in großer Zahl zu generierenden hCBMC und die Zellinie LAD-2 zwar durch Tiergifte aktivierbar sind jedoch keine relevanten Mengen an Proteasen beinhalten. Aus diesem Grund mussten wir mit primären humanen Hautmastzellen arbeiten, die jedoch nur von Gesunden Freiwilligen gewonnen werden, die sich z.B. einer Bauchhautreduktionsplastik unterziehen. Dies geschieht zum einen selten, zum anderen können aus jeder Bauchhaut nur ca. 2-5 Mio Zellen gewonnen werden, so dass sich die Untersuchungen deutlich in die Länge zogen. 2) Zur Überprüfung der biologischen Aktivität von Tiergiften steht bislang einzig ein Tiermodell an Mäusen oder Meerschweinchen zur Verfügung. Bei 6 verschiedenen Schlangengiften die mit verschiedenen Konzentrationen an Proteasen inkubiert werden hätten wir viele tausend Mäuse für die Versuche verwenden müssen. Daher haben wir ein biologisches Toxizitätsmodell entwickelt in dem Zebrafischembryonen 48 Stunden nach Fertilisierung verwendet werden. Dieses Modell hat sich als ideal erwiesen um die Fragestellungen zu beantworten und wir konnten damit die Untersuchungen wie geplant fortsetzen. Die Arbeiten hierzu stehen kurz vor der Einreichung zur Publikation. Im zweiten Teil unseres Projektantrags konnten wir einen ersten Nachweis erbringen warum der lebensbedrohliche Mechanismus der IgE-vermittelten Aktivierung von Mastzellen durch Insektengifte nicht der Evolution zum Opfer gefallen ist. Wir konnten zeigen, dass eine IgE abhängige Immunantwort gegen Giftbestandteile tatsächlich wider erwarten die Überlebenschance erhöhen und dass in Mäusen IgE Antikörper und FcεRI absolut notwendig sind, um eine erworbene verstärkte Resistenz gegenüber dem Bienengift zu erlangen. Die Arbeiten hierzu sind eingereicht. Zusammengefasst konnten wir sämtliche Fragestellungen wie im Projektplan beschrieben erfolgreich bearbeiten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Neurotensin increases mortality and mast cells reduce neurotensin levels in a mouse model of sepsis. Nature Medicine, 2008 14:392-398
A.M. Piliponsky, C.C. Chen, T. Nishimura, M. Metz, E.J. Rios, P.R. Dobner, E. Wada, K. Wada, S. Zacharias, U. Mohanasundaram, M. Åbrink, G. Pejler, R. Pearl, M. Tsai, S.J. Galli
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Innate immunity and allergy in the skin. Curr Opin Immunol, 2009; 21:687-93
M. Metz, M. Maurer
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Mast cell chymase reduces toxicity of Gila monster and scorpion venoms, and VIP, in mice. J Clin Invest, 2011, 121:4180-91
M. Akahoshi, C.H. Song, A.M. Piliponsky, M. Metz, A. Guzzetta, M. Åbrink, S.M. Schlenner, T.B. Feyerabend, H.-R. Rodewald, G. Pejler, M. Tsai, and S.J. Galli
