Molekulare Analyse der Regulation der CD8 Genexpression

T-Zellen gehören zu der Gruppe der weißen Blutkörperchen und üben wichtige Funktionen im Immunsystem aus. Sie teilen sich in zwei Hauptarten auf, den CD4-positiven "Helfer"-T-Zellen, und den CD8-positiven zytotoxischen T-Zellen. Beide T-Zellarten entstehen im Thymus aus gemeinsamen Vorläuferzellen - den sogenannten CD4 und CD8 doppelt-positiven (DP) Thymozyten. Wann entsteht aus einer Vorläuferzelle eine Helfer-T-Zelle, wann eine zytotoxische T-Zelle, und welche Faktoren spielen dabei eine Rolle? Einige der vielen wichtigen Fragen, mit denen sich die immunologische Grundlagenforschung beschäftigt und die viele WissenschafterInnen faszinieren, geht es doch schlussendlich auch darum, fundamentale biologische und immunologische Prozesse zu entschlüsseln. Ein vielversprechender Forschungsansatz ergibt sich aus der Tatsache, dass die zytotoxischen T-Zellen hingegen nur CD8, während in Helfer-T-Zellen nur CD4 vorhanden ist. Das erlaubt die Annahme, dass Faktoren, die z.B. die Entstehung von CD8 steuern, auch bei der Ausformung einer Vorläuferzelle in eine zytotoxische T-Zelle eine Rolle spielen. Daher untersuchen wir im Detail, wie CD8 reguliert wird. Auf genetischer Ebene sind diese Abläufe von regulatorischen Elementen abhängig. Unterschieden werden hier "cis"-agierende DNA Sequenzen (die sogenannten CD8 "Enhancer") und "trans" wirkende Faktoren, welche mit den CD8 Enhancern in Wechselwirkung treten und die Expression von CD8-Molekülen schlussendlich auslösen. In den letzten Jahren konnten wir maßgeblich dazu beitragen, dass mittlerweile schon fünf solcher "CD8-Enhancer" identifiziert und charakterisiert wurden. Neuere Ergebnisse unserer Forschungen haben gezeigt, dass epigenetische Kontrollschritte (d.h. über die "Verpackung" der DNA) eine wichtige Rolle spielen und dass die "CD8-Enhancer" dabei eine zentrale Funktion haben. Wir konnten auch schon sogenannte Transkriptionsfaktoren, die mit diesen CD8 Enhancer in Wechselwirkung treten, identifizieren. Um diese wichtigen Prozesse noch besser zu verstehen, müssen noch einige wichtige Fragestellungen untersucht werden: es ist nicht bekannt, wann genau diese regulatorischen Elemente wirken müssen? Spielen diese Elemente auch während einer Immunantwort eine Rolle ? Wie wird CD8 in anderen Zellen des Immunsystems reguliert - z.B. in dendritischen Zellen, die eine wichtige Aufgabe in der Bekämpfung von Pathogenen haben. Die Beantwortung dieser Fragen ist für ein besseres Verständnis der CD8 Genregulation und auch der T-Zellentwicklung von großer Bedeutung. Im Rahmen unseres FWF/JSPS Kollaborationsprojektes wollen wir nun mit Hilfe von molekularbiologischen Methoden - auch in Kombination mit Bioinformatikanalysen - einige dieser Fragen zu beantworten. Durch diese Studien erwarten wir uns nicht nur ein besseres Verständnis der CD4/CD8 T-Zellentwicklung, sondern auch medizinisch interessante Einblicke in das Immunsystem.

T-Zellen gehören zu der Gruppe der weißen Blutkörperchen und üben wichtige Funktionen im Immunsystem aus. Sie teilen sich in zwei Hauptarten auf, den CD4-positiven Helfer-T-Zellen, und den CD8-positiven zytotoxischen T-Zellen. Die Helfer-Zellen treten etwa bei Infektionen in Aktion und wirken indirekt, indem sie dazu beitragen, dass andere Zellen des Immunsystems mobilisiert werden, sodass es zu einer Immunantwort kommt. Die zytotoxischen T-Zellen wirken so, dass sie infizierte Körperzellen oder Tumorzellen erkennen und selbständig zerstören. Im Rahmen unseres internationalen Kooperationsprojekts (I698) gelang es einen neuen Einblick in die transkriptionelle Regulation von CD8, einem essentiellen Molekül zur Entstehung und Funktion von zytotoxischen T-Zellen, zu gewinnen. In einem Teilaspekt unserer Studie konnten wir die Bedeutung des Enhancers E8-I und der Runx Familie auf die Aktivierung von CD8 T-Zellen, aufklären. Enhancer verstärken die Übertragung (Transkription) der in der DNA gespeicherten genetischen Information in Ribonukleinsäure (RNA), als Runx Familie bezeichnet man Proteine, die ebenfalls als Transkriptionsfaktoren gelten. Durch genetische Experimente wurden aus den Immunzellen der E8-I-Enhancer oder Runx-Moleküle entfernt. Das hatte zunächst keine Auswirkung auf das Vorhandensein von CD8 während der T-Zellentwicklung. Werden aber zytotoxische T-Zellen durch Antigenerkennung aktiviert, beginnen diese die CD8-Expression runter zu regulieren, und hat zur Folge, dass die Killeraktivität stark vermindert ist. Es stellt sich nun die Frage, ob diese Beobachtungen nicht doch auch eine physiologische Funktion während einer Immunantwort widerspiegeln. Studien anderer Wissenschafter haben gezeigt, dass während einer Immunantwort zytotoxische T-Zellen unter gewissen Bedingungen vorübergehend CD8 runter regulieren können und so die Aktivität von zytotoxischen T-Zellen verändern können. Unsere Daten weisen darauf hin, dass diese transiente Veränderung des CD8 Expression möglicherweise in manchen Fällen auch über die Regulation des CD8 Enhancers E8-I und den Runx Molekülen erfolgen könnte. Weiter führende Studien werden zeigen, ob das tatsächlich der Fall ist.In einem weiteren Aspekt unserer Studie konnten wir einen neuen Cd8 Enhancer (E8-VI) identifizieren, der die Expression von CD8 in bestimmten Untergruppen der zytotoxischen T-Zellen reguliert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse unseres Projektes zu einem besseres Verständnis der molekularen Mechanismen, die der Entstehung und Funktion von zytotoxischen T-Zellen zugrunde liegen, geführt haben.