Immunosuppression durch 4-Amino Tetrahydrobiopterin

Tetrahydrobiopterin ist ein niedermolekularer Cofactor von Hydroxylierungsreaktionen, der in Säugetieren aus Guanosin 5`-triphosphat gebildet wird. Tetrahydrobiopterin wird für spezifische Hydroxylasen aromatischer Aminosäuren während der Neurotransmittersynthese, sowie für Stickstoffmonoxid (NO) Synthasen benötigt. Im vorangegangenen Projekt untersuchten wir die Biochemie von uns entwickelter, neuartiger Tetrahydrobiopterinderivate. Wir konnten zeigen, daß diese Derivate nicht nur wertvolle Werkzeuge zur Erforschung der biochemischen Rolle des Tetrahydrobiopterin in der NO Synthase Reaktion darstellen, sondern auch interessante pharmakologische Eigenschaften aufweisen. Wenn Mäuse mit 4-Amino Tetrahydrobiopterin behandelt werden, kann die Abstoßung eines allogenen Herztransplantates ebenso effizient wie durch hoch- dosierte Cyclosporin A Gabe unterdrückt werden. Während Cyclosporin A die Expression von Interferon-gamma und den von diesem Zytokin aktivierten Genen unterdrückt, ist in den mit 4-Amino Tetrahydrobiopterin behandelten Tieren die Expression von Interferon-gamma und den damit funktionell verknüpften Genen genauso stark ausgeprägt wie in Kontrolltieren. Pilotexperimente zeigen auch, daß das Immunosuppressive Potential von 4- Amino Tetrahydrobiopterin das anderer NO Synthase Hemmer übersteigt und eine Wirkkomponente aufweist, die von der NO-Synthase Hemmung unabhängig ist. Ziel des vorliegende Projektes ist es nun, den offenbar neuartigen Mechanismus der immunosuppressiven Wirkung von 4-Amino Tetrahydrobiopterin zu charakterisieren. Dazu wollen wir den Effekt von 4-Amino Tetrahydrobiopterin auf die Genexpression in kultivierten Zellen und Zelllinien, in der gemischten Lymphocyten- Reaktion, und in Geweben von transplantierten, allogenen Herzen studieren. Die Wirkung des 4-Amino Tetrahydrobiopterin soll mit anderen Hemmstoffen der NO Synthase, mit der Ausgangsverbindung Tetrahydrobiopterin und mit dem in der klinischen Praxis der Immunosuppression gängigen Wirkstoff Cyclosporin A verglichen werden. Wir beabsichtigen, zuerst die leistungsfähigen Methoden der Expressions-Array Analyse einzusetzen. In einem zweiten Schritt sollen diese Ergebnisse dann durch Quantifizierung der entsprechenden Proteinmengen in den Zellen und Gewebsstücken erhärtet werden. Dieser Satz von Versuchen soll durch Versuche mit Zellen und Geweben von Mäusen ergänzt werden, die keine induzierbare NO Synthase exprimieren können, um den Beitrag der Hemmung dieses Enzyms zu den beobachteten Effekten zu charakterisieren. Schließlich wollen wir im Detail aufklären, in welchem Schritt der entsprechenden Signaltransduktionskaskade 4-Amino Tetrahydrobiopterin eingreift, um die beobachteten Veränderungen der Genexpression zu bewirken. Wir hoffen mit diesem Projekt neue Wege beschreiben zu können, mit denen Pteridine das Immunsystem steuern und damit einen neuen Angriffspunkt für Pharmaka zur Manipulation der Immunreaktion zu entdecken.

Unsere Forschung konzentriert sich auf die Bedeutung der Pteridine, einer Stoffklasse, der die Vitamine Riboflavin und Folsäure angehören, welche von Bakterien und Pflanzen gebildet werden. Säugetiere besitzen die Fähigkeit, ein weiteres Pteridin, das Tetrahydrobiopterin, herzustellen. Diese Verbindung wird im Körper zur Biosynthese von Botenstoffen für die Nervenreizleitung, zum Abbau von essentiellen Aminosäuren und Ether-Lipiden, und zur Herstellung von Stickstoffmonoxid benötigt. Stickstoffmonoxid ist ein giftiges Gas, das im Körper die Nervenreizleitung, den Blutdruck und die Abwehr von Krankheitserregern und Tumoren steuert. Ziel des Projektes 16188 war es, den Mechanismus der Unterdrückung der Immunantwort durch 4-Amino Tetrahydrobiopterin aufzuklären. Diese Verbindung war neben anderen Tetrahydrobiopterin Analoga von uns entworfen worden, um die Biochemie der Stimulation der Stickstoffmonoxid Synthase durch Tetrahydrobiopterin zu studieren. Sie ist ein Hemmer von Stickstoffmonoxid Synthasen, und zeigt eine die Immunantwort unterdrückende Wirkung in Tiermodellen des Septischen Schocks und der Transplantatabstoßung. Als experimentellen Ansatz wählten wir die Untersuchung von kultivierten Zellen des Immunsystems. In einer Makrophagen Zelllinie der Maus fanden wir, dass Tetrahydropteridine die Genexpression abschalten und in den Zellen einen programmierten Zelltod auslösen. Wir konnten die Kette von biochemischen Ereignissen, die diesen Effekt vermitteln, aufklären: Tetrahydropteridine erzeugen aus der Reaktion mit dem Luftsauerstoff Wasserstoffperoxid, das wiederum in den Zellen Caspase 3 anschaltet, und damit den programmierten Zelltod und die Abschaltung von Genen auslöst. Als nächstes untersuchten wir Wirkungen auf zwei andere Zellen des Immunsystems, nämlich T-Zellen und dendritische Zellen. Diese beiden Zelltypen steuern in enger Wechselwirkung miteinander wichtige Schritte der Immunantwort. Wir gewannen diese Zellen aus Mäusen, die ein intaktes oder ein inaktiviertes Gen der induzierbaren Stickstoffmonoxidsynthase besitzen. Wir fanden, dass 4-Amino Tetrahydrobiopterin ein bestimmtes Protein an der Oberfläche von dendritischen Zellen schwächt, das für die Wechselwirkung mit den T-Zellen verantwortlich ist. Dadruch wird die Reaktion dieser beiden Zelltypen auf eine als fremd erkannte Struktur geschwächt. Dieser Effekt ist unabhängig vom Vorhandensein eines intakten Genes für die induzierbare Stickstoffmonoxidsynthase. Dieser neuartige, im Projekt 16188 entdeckte Mechanismus, könnte die in Tieren beobachtete, dämpfende Wirkung auf das Immunsystems erklären. Diese Erkenntnisse können zur Entwicklung einer neuartigen Klasse von Wirkstoffen zur Abschwächung der Immunreaktion beitragen.