Authors:	Böttcher, Ingo Gert
Title:	Molekulare Reaktionsmuster in dendritischen Zellen nach Allergenexposition
Online publication date:	9-Jan-2007
Year of first publication:	2007
Language:	german
Abstract:	Allergische Erkrankungen, wie zum Beispiel die allergische Rhinitis oder das allergische Asthma haben im Verlauf der letzten vier Jahrzehnte stark zugenommen. So leidet heute jeder vierte bis fünfte Mensch an einer Allergie. Ausgelöst wird diese IgE-vermittelte Hypersensibilitätsreaktion des Typs I (Allergie vom Soforttyp) von Allergenen und beruht auf der Aktivierung von Mastzellen durch die Interaktion eines Antigens mit dem an eine Mastzelle über die Fc-Rezeptoren gebundenen IgE-Moleküls. Die degranulierende Mastzelle sezerniert Mediatoren, was zu einem Auftreten von allergischen Symptomen führt. Die Bildung von IgE wird durch das von TH2-Zellen produzierte Zytokin IL-4 induziert. Das von TH1-Zellen produzierte Zytokin IFN- ist in der Lage die Sekretion von IL-4 zu inhibieren, wie auch IL-4 hemmend auf die Produktion von IFN- wirkt. Dieses TH1-/ TH2-Gleichgewicht ist bei allergischen Erkrankungen in Richtung TH2 verschoben. Allergene werden von antigenpräsentierenden Zellen aufgenommen, prozessiert und auf der Zelloberfläche präsentiert. Die potentesten antigenpräsentierenden Zellen sind die dendritischen Zellen, die nach Kontakt mit einem Allergen in die benachbarten Lymphknoten wandern, ausreifen und kostimulatorische Moleküle exprimieren. Sie sind so in der Lage T-Zellen zu aktivieren und entweder in TH1- oder in TH2-Zellen differenzieren zu lassen. Die zytokinabhängige TH1- beziehungsweise TH2-Differenzierung führt zur Aktivierung der Januskinasen. Im aktiven Zustand phosphorylieren sie STAT-Moleküle, die dimerisieren und in den Zellkern translozieren, wo sie unter anderem als Transkriptionsfaktoren für Zytokingene dienen. Unreife humane dendritische Zellen von Allergikern zeigen nach Stimulation mit Proteinallergenen eine schnelle Phosphorylierung des mit der TH2-Entwicklung assoziierten STAT6. Dahingegen sind TH1-Antwort hervorrufende Kontaktallergene nicht in der Lage STAT6 oder andere STAT-Moleküle in dendritischen Zellen zu induzieren. Die Transkriptionsfaktoren T-bet und GATA3 sind ebenfalls von Bedeutung für die TH1-/TH2-Entwicklung, da T-bet ausschließlich in TH1-Zellen, GATA3 nur in TH2-Zellen exprimiert wird. Die Regulation des JAK/STAT-Weg unterliegt den Molekülen der intrazellulär vorkommenden Familie der SOCS-Proteine. SOCS3 ist in TH2-Zellen höher exprimiert als SOCS1, wohingegen SOCS1 in TH1-Zellen eine erhöhte Expression gegenüber SOCS3 aufweist. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Proteinallergenen auf humane dendritische Zellen untersucht. Zunächst konnte eine morphologische Veränderung der unreifen dendritischen Zellen nach Kontakt mit dem Allergenextrakt beobachtet werden. Die beginnende Ausreifung der Zellen konnte mittels Durchflußzytometrie anhand der kostimulatorischen Moleküle CD80 und CD86, insbesondere aber über den Marker für reife dendritische Zellen CD83, nachgewiesen werden. Die zu beobachtende beginnende Ausreifung scheint ein Effekt des bakteriellen Lipopolysaccharids (LPS) zu sein, das in dem Allergenextrakt vorkommt, da sich durch Zugabe des kationischen Antibiotikums Polymyxin B die beginnende Reifung verhindern ließ. Auf RNA-Ebene war es im Rahmen dieser Arbeit möglich, den Einfluss verschiedener Allergene auf unreifen humanen dendritischen Zellen näher zu charakterisieren. So weisen unreife humane dendritische Zellen nach Kontakt mit Proteinallergenextrakt ein TH2-assoziiertes Genexpressionprofil auf, was sich durch eine erhöhte relative Expression der Gene SOCS3 und GATA3 auszeichnet. Im Gegensatz hierzu zeigen unreife humane dendritische Zellen nach Inkubation mit dem Kontaktallergen MCI/MI eine erhöhte relative Expression des Gens T-bet, was mit einer TH1-Antwort assoziiert ist. Nach Zugabe des „TH1-/ TH2-neutralen“ Tetanustoxoids konnten erhöhte relative Expressionen der Gene GATA3, T-bet und SOCS3 gemessen werden. Die Ergebnisse in dem in dieser Arbeit benutzten humanen in vitro System geben Anlass zur Hypothese, dass die Art der Immunantwort (TH1 versus TH2) sich bereits auf Ebene der dendritischen Zellen anbahnt. GeneChip-Analysen mittels High Density Micro Arrays von unreifen humanen dendritischen Zellen, die entweder mit Proteinallergenextrakt oder mit LPS in Berührung kamen, zeigten statistisch signifikant regulierte Gene, die allerdings keine Gemeinsamkeiten aufwiesen. Es konnten für die mit Alllergenextrakt gepulsten dendritischen Zellen insgesamt 10 Gene identifiziert werden, jedoch gelang es nicht, diese näher zu deuten oder in einen Zusammenhang mit der allergischen Erkrankung oder der dendritischen Zelle zu bringen. Für die mit LPS, dem stärkeren Stimulus, gepulsten dendritischen Zellen konnten 40 Gene identifiziert werden, die unter anderem für die Maturierung der dendritischen Zelle verantwortlich sind. Zudem war es möglich, die Daten der Arrays auf Proteinebene exemplarisch anhand des Chemokins CXCL2 (Gro-β) zu verifizieren. The numbers of allergic diseases such as rhinitis or asthma have increased over the last four decades. Today every forth to fifth person shows allergic symptoms. This IgE-mediated hypersensibility triggered by allergens and based on the activation of mastcells by the interaction of an allergen with the Fc-receptor bound IgE-molecules. The degranulating mastcell is secreting mediators, inducing the allergic symptoms. IgE-production is induced by the cytokine IL-4 produced by TH2-cells. IFN- produced by TH1-cells is able to inhibit the secretion of IL-4, as well as IL-4 is taking an inhibitory effect on the production of IFN-. This TH1-/ TH2-balance is shifted towards TH2 in allergic diseases. Allergens are taken up, processed and presented on the cell surface of antigen-presenting cells. The most potent antigen-presenting cells are the dendritic cells, which migrate to the adjacent lmph node where they develop a mature phenotype and express co-stimulatory molecules upon allergen contact. They are able to differentiate T-cells into either TH1- or TH2-cells. The cytokine dependent TH1- or TH2-differentiation is leading to the activation of the janus kinases. In an active state, they phosphorylate STAT-molecules, which then dimerize and translocate into the nucleus, where they function as transcription factors. Immature human dendritic cells of allergic donors show a rapid phosphorylation of the TH2-associated STAT6 upon contact with protein allergens. On the other hand, contact allergens are unable to induce any phosphorylation of STAT-molecules in dendritic cells. The transcription factors T-bet and GATA3 are also important for the TH1-/ TH2-development, as T-bet is only expressed in TH1-cells, whereas GATA3 is only expressed in TH2-cells. The regulation of the JAK/STAT-pathway underlies the molecules of the SOCS-family. SOCS3 is expressed at a higher rate in TH2-cells as SOCS1, whereas SOCS1 is expressed in higher amounts in TH1-cells when compared to SOCS3. Here the influence of protein allergens on human dendritic cells was analyzed. On RNA-level, it has been able to show that human dendritic cells show a TH2-associated gene expression profile, as they show an upregulation of the genes SOCS3 and GATA3. Upon contact with protein allergen MCI/MI, human dendritic cells show a TH1-associated gene expression profile as an upregulation of the gene T-bet was observed. This data give rise to the hypothesis that in this human in vitro system, the type of immune response (TH1 versus TH2) is initiated already on the level of the dendritic cells. Microarray analysis of human dendritic cells pulsed with either protein allergens or LPS showed statistically significant regulated genes that shared no similarities. For the allergen-pulsed dendritic cells, 10 genes were identified; it was not possible to interpret these any further or detect any link to the allergic disease or the dendritic cell in general. The dendritic cells pulsed with LPS showed a total of 40 statistically significant regulated genes, which amongst others are responsible for the maturation process. It was possible to exemplarily verify the array data on protein level on the basis of the chemokine CXCL2 (Gro-).
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-908
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-12350
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen