NLRP1 und NLRP3 in T und NK Zell-vermittelter Immunität

NOD-like receptor family pyrin domain containing-1 and -3 Proteine (NLRP1 and NLRP3) bilden gemeinsammit Caspase-1und Adaptor-ProteinenmakromolekulareKomplexe, sogenannte Inflammasome. Inflammasom-Aktivierung führt zur Caspase-1-vermittelten Spaltung von pro-IL-1ß und pro-IL-18 zu ihren entsprechend reifen Formen IL-1ß und IL-18. NLRP1 ist weitläufig exprimiert, z.B. in Natürlichen Killerzellen (NK Zellen), Thymozyten und myeloiden Zellen, und spielt vorwiegend eine Rolle in der Vermittlung der Pathogenität des Milzbrandtoxins (Anthrax). Allerdings wurde die Anthraxtoxin-unabhängige Funktion von NLRP1 in den zuvor genannten Immunzellen noch nicht untersucht. Im Gegensatz zu NLRP1 ist die Expression von NLRP3 hauptsächlich auf myeloide Zellen beschränkt, wo es einen überaus wichtigen Knotenpunkt in der Transduktion unterschiedlichster Signale darstellt. Eine Überaktivierung des NLRP3 Inflammasoms hat pathologische Auswirkungen und ist mit Autoimmun- und Entzündungserkrankungen, aber auch Tumorentstehung und progression assoziiert. Die Inflammasom-unabhängige Funktion von NLRP3 wurde bisher nicht erforscht. Erst kürzlich konnte gezeigt werden, dass Nlrp3-defiziente Mäuse eine erhöhte Resistenz gegen Tumormetastasierung aufweisen, die durch eine veränderte Differenzierung myeloider Zellen und dadurch verbundene erhöhte NK Zell Rekrutierung ins Tumorgewebe erklärt wird. Allerdings sind die mechanistischen Details dieses Phänomens noch nicht ausreichend definiert. Neue Entwicklungen auf diesem Gebiet weisen außerdem darauf hin, dass NLRP3 abhängig vom experimentellen System und der immunologischen Situation ein wichtiger Regulator in der Polarisierung von T-Helferzellen sein könnte unabhängig von der Funktion innerhalb des Inflammasoms. Im ersten Teil dieses Projekts wird daher die Bedeutung von NLRP3 (i) in der T Zell Differenzierung, Antigenpräsentation und Effektorfunktion sowie (ii) in der NK Zell Rekrutierung untersucht. Der zweite Teil des Projektantrages fokussiert darauf, die Frage zu klären, ob NLRP1 eine vergleichbar wichtige Rolle wie NLRP3 in der Bekämpfung bakterieller Infektionen und Tumore hat. Diese Arbeit wird neue und wichtige Einblicke in die Rolle von NOD-like Rezeptoren für die Entwicklung und Funktion von Zellen des angeborenen und adaptiven Immunsystems geben.

NOD-like receptor family pyrin domain containing proteins (NLRP) sind Komponenten des angeborenen Immunsystems. NLRP Proteine bilden makromolekulare Komplexe (sogenannte Inflammasome), die für die Produktion und Ausschüttung der pro-inflammatorischen Zytokine Interleukin (IL)-1ß and IL-18 verantwortlich sind. Eine Zielsetzung dieses Projektes war die Funktion von NLRP1 in der Antitumor Immunität zu ermitteln. In Zusammenarbeit mit Prof. Mark J. Smyth und Dr. Kyohei Nakamura konnten wir zeigen, dass NLRP1 knockout Mäuse resistent gegen experimentell-induziertes Multiples Myelom sind. Eine lebensverlängernde Wirkung konnte auch durch die pharmakologische Hemmung von IL-18 erzielt werden. IL-18 regt die Produktion sogenannter myeloid-derived suppressor Zellen (MDSC) an, die cytotoxische CD8+ T Lymphozyten und ihre Antitumor- Wirkung nachhaltig hemmen. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass IL-18 ein geeignetes therapeutisches Ziel wäre, die Immunsupprimierung in Myelompatienten aufzuheben, um auf diese Weise den Tumor indirekt zu bekämpfen. Zusätzlich war im Zuge dieses Stipendiums geplant, die Rolle von NLRP3 in T Lymphozyten (mit besonderem Augenmerk auf ihre Differenzierung in unterschiedliche T Helferzellen) zu untersuchen. Allerdings wurden kurz nach Stipendiumsantritt zwei Arbeiten publiziert, die die Funktion von NLRP3 in der Differenzierung von T H2 Zellen aufzeigten. Obwohl diese Entwicklung natürlich nicht wünschenswert war, bestätigten diese Studien meine ursprüngliche Hypothese und gaben mir die Möglichkeit an anderen Projekten zu arbeiten. Das Zytokin IL-15 ist lebensnotwendig für natürliche Killerzellen (NK Zellen). In Kollaboration mit den Laboratorien von Dr. Nicholson und Dr. Huntington (Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research, Melbourne, Australien) untersuchten wir die molekularen Details der Negativregulierung von IL-15 in NK Zellen und stießen dabei auf cytokine- inducible SH2- containing protein (CIS). CIS-defiziente NK Zellen reagieren mit gesteigerter Sensitivität auf IL-15, was zu erhöhter NK Zell Funktionalität führt (d.h. verbesserte Lebensdauer, Zellteilung, IFN- Produktion und zytotoxische Aktivität gegen Tumore). Diese Ergebnisse enthüllten CIS als wirksamen intrazellulären Kontrollpunkt in NK Zell-vermittelter Antitumor Immunität. Außerdem untersuchte ich die Rolle der Endoglycosidase Heparanase in NK Zellen. Obwohl NK Zellen für ihre effiziente Beseitigung von Tumormetastasen bekannt sind, werden sie nur selten innerhalb eines soliden Tumors angetroffen. Wir fanden heraus, dass Heparanase sowohl die NK Zell Rekrutierung zu als auch die Infiltration von Tumoren reguliert. Diese Studie weist darauf hin, dass eine Steigerung der Heparanaseexpression in NK Zellen eine erhöhte Antitumor-Funktionalität erzielen könnte.