Bedeutung des β2-Integrins αMβ2 für die Differenzierung myeloider Zellen und für Neutrophilenfunktionen im Aspergillose-Mausmodell
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Beta2-Integrine sind Leukozyten-spezifische Adhäsionsmoleküle, die aus einer Beta-Kette (CD18) und einer von vier Alpha-Ketten (CD11a, CD11b, CD11c, CD11d) bestehen – LFA-1, Mac-1, p150,95 und CD11d/CD18. Diese Heterodimere sind von entscheidender Bedeutung für die effiziente Bindung von Zellen an die extrazelluläre Matrix und für die Zelloberflächen-Signalübertragung. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Differenzierung, Aktivierung, Polarisierung und funktionellen Aktivität von Leukozyten. Daher führt eine beeinträchtigte Aktivität der β2-Integrine zu einer gestörten Immunantwort.
Das Adhäsionsmolekül Mac-1 wird von Makrophagen, aktivierten Lymphozyten und lymphoiden natürlichen Killerzellen sowie von Granulozyten, Monozyten, einschließlich konventioneller DCs vom Typ 2, exprimiert und scheint das vielseitigste Beta2-Integrin zu sein. Die ersten in der Literatur beschriebenen Entdeckungen zur Bedeutung von Mac-1 betreffen verschiedene Funktionen von Leukozyten, einschließlich dem Rollen, der festen Adhäsion und der Transmigration in entzündetes Gewebe. CD11b/CD18 ist auch für immunologische Prozesse wie die neutrophile Phagozytose und die ROS-Produktion wichtig. Angesichts der großen Zahl potenzieller Liganden von Mac-1 ist davon auszugehen, dass viele seiner Funktionen noch unbekannt sind und sind daher Gegenstand laufender Studien.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Bedeutung von Mac-1 auf dendritischen Zellen (DC) für deren T-Zell-Aktivierungseigenschaften analysiert. Die Phänotypisierung von DC auf der Grundlage von CD11c und der Oberflächenexpression der Aktivierungsmarker MHCII und CD86 ergab keine signifikanten Genotyp-bedingten Unterschiede. Das Fehlen von Mac-1 auf der DC-Zelloberfläche schränkte jedoch die T-Zell-stimulierende Kapazität von DC aus Milz und frisch isoliertem Knochenmark ein. Das konzipierte die Frage nach einer direkten Beteiligung von Mac-1 an der DC-T-Zell-Signalübertragung auf und veranlasste zu Überlegungen über die Bedeutung von Mac-1 im DC-Bildungs- und Reifungsprozess.
Diese Studie unterstreicht auch die Bedeutung von Mac-1 für die GM-CSF-getriebene Differenzierung der hämatopoetischen Zellen in BMDC. In Abwesenheit von Mac-1 wurde die Differenzierung von BMDCs unter GM-CSF-Behandlung verlangsamt und die Ausbreitung von Granulozyten in der Kultur wurde begünstigt. Diese Ergebnisse deuten auf Mac-1-Mangel-bedingte Veränderungen in der GM-CSF-gesteuerten Hämatopoese hin.
Die Analyse der T-Zell-Stimulationskapazität von BMDC zeigte jedoch überraschenderweise, dass die Fähigkeit der CD11b−/−-BMDC-Kultur, CD8+ T-Zellen zu stimulieren, nicht beeinträchtigt ist. Dies kann zu dem Schluss führen, dass Mac-1 für die DC-Differenzierung in vivo wichtiger als in vitro ist.
Die LPS-Stimulation erhöhte leicht die T-Zell-Aktivierungseigenschaften der BMDC-Kulturen unabhängig vom Genotyp. Die spektrophotometrische Analyse zeigte jedoch starke Unterschiede in der zellulären Zusammensetzung von CD11b−/−- im Vergleich zu WT-BMDC. So enthielten LPS-stimulierte CD11b−/−-BMDC-Kulturen im Vergleich zu WT-Kulturen einen deutlich geringeren Anteil an DCs, aber DC-PMN-Hybride entstanden in hohem Maße. Die Zellphänotypisierung der LPS-stimulierten BMDC zeigte eine veränderte TLR-Liganden-Signalübertragung in CD11b−/−-BMDC.
Es stellte sich die Frage nach der Beteiligung von Mac-1 an der PMN-T-Zell-Signalübertragung. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass in Abwesenheit von Krankheitserregern die CD8+ T-Zell-stimulierenden Eigenschaften der PMN von Mac-1 abhängen, da CD11b−/−-PMNs keine CD8+ T-Zell-stimulierende Fähigkeit ausüben, während WT PMNs im Vergleich zu WT BMDCs eine mittlere Fähigkeit aufweisen. Die Behandlung von WT-PMN mit Mac-1-Liganden beeinträchtigte ihre CD8+ T-Zell-stimulierende Aktivität. Die Hemmung der CD8+ T-Zell-Proliferationskapazität von WT-PMN durch Fibrinogen, Thrombospondin und Vitronectin konnte durch LPS-Stimulation wiederhergestellt werden. Die TLR4-Induktion vermittelte die Umwandlung von CD11b−/−-PMN in DC-PMN-Hybride, die dadurch APC-Fähigkeit erlangen und die Proliferation von CD8+ T-Zellen in ähnlichem Maße wie die WT-PMN und die WT-BMDC induzieren.
Darüber hinaus wurde die Rolle von Mac-1 für die funktionellen Eigenschaften von Maus-PMNs bei invasiver Aspergillose in vivo untersucht, die eine primäre Immunantwort gegen Aspergillus fumigatus ausüben. Eine gestörte β2-Integrin-Aktivität ist als Ursache für ein Immunschwächesyndrom bekannt, das als Leukozytenadhäsionsmangel Typ 1 (LAD-1) bezeichnet wird. LAD-1-Patienten, die an einer Dysfunktion der β2-Integrine (LFA-1, Mac-1, CD11c/CD18 und CD11d/CD18) aufgrund der Beeinträchtigung ihrer gemeinsamen β-Untereinheit CD18 leiden, sind häufig mit wiederkehrenden Lungeninfektionen wie Aspergillose konfrontiert. Es ist jedoch wenig darüber bekannt, inwieweit Mac-1 für eine wirksame Abwehr von Aspergillus fumigatus erforderlich ist.
In dieser Studie wurde eine signifikante Erhöhung des Infektionsniveaus bei CD11b−/− Mäusen und eine wesentliche Bedeutung von Mac-1 für die zytotoxischen Funktionen der PMN gegen Aspergillus fumigatus nachgewiesen. Darüber hinaus wird in dieser Studie berichtet, dass bei CD11b−/−-Mäusen die Migration von CD11b−/− PMNs in die Lunge während einer Aspergillus fumigatus-Infektion nicht verlangsamt ist, sondern eine erhöhte Lungeninfiltration von PMNs auftritt. Die Phagozytose von A. fumigatus Konidien durch PMN bei Mac-1-Mangel war ebenfalls beeinträchtigt, was den signifikanten Anstieg des Infektionsgrades trotz einer erhöhten Lungen-PMN-Infiltration bei CD11b−/−-Mäusen erklären könnte. Letzteres könnte ein kompensatorischer Effekt sein. Interessanterweise waren CD11b−/−-PMNs in der BAL durch eine mäßige Expression des Maus-DC-Markers CD11c gekennzeichnet, was darauf hindeutet, dass die Bildung von DC-PMN-Hybriden nicht nur durch das LPS sondern auch durch andere mikrobielle Komponenten ausgelöst werden kann.