Die Rolle des p14-MP1-MAP Kinase Scaffold Komplexes in der Langerhanszell Biologie

Dendritische Zellen (DZ) steuern in entscheidender Weise Immunität und Toleranz. Sie bilden eine Brücke zwischen der angeborenen und der adaptiven Immunität. Sie stehen am Beginn praktisch aller adaptiver Immunabwehrreaktionen des Körpers, und sie sind deshalb unerlässlich für die Fähigkeit des Organismus, sich gegen pathogene Keime erfolgreich zu verteidigen. Untergruppen von DZ bewohnen verschiedene Organe und Gewebe des Körpers. Am besten charakterisiert sind die DZ der Haut und Schleimhäute, die Langerhanszellen. Ein erster not-wendiger Schritt in der Funktion der DZ ist die Aufnahme von Antigen bzw. Pathogen über den endosomalen Weg. Das durch Endozytose oder Phagozytose aufgenommene Pathogen wird in der Folge in der DZ verarbeitet, d.h. enzymatisch in kleine Peptide zerlegt, welche an die MHC Moleküle binden und dann entweder auf MHC II an die CD4+ Helfer T Lymphozyten, oder auf MHC I über den "Kreuzpräsentations Weg" an zytotoxische CD8+ T Zellen präsentiert werden. Dieses Prozessieren der Antigene findet in lysosomalen Organellen in der DZ statt. Vor kurzem wurde die molekulare Basis für eine seltene genetische primäre Immunmangel-erkrankung gefunden. Ursache ist eine Mutation im Gen, das für das endosomale Adaptor Protein p14 kodiert. Das führt zu Defekten in Lysosomen-ähnlichen Organellen. P14 reguliert die über die Mitogen-aktivierte Protein Kinase (MAPK) führende Signaltransduktionskaskade. Es besteht somit eine Verbindung von Signaltransduktion, Organellenentstehung und Endozytose. Deshalb stellen wir die Hypothese auf, dass p14 auch eine wichtige Rolle bei Antigen-präsentation und anderen Funktionen der DZ spielt. Tatsächlich waren Langerhanszellen stark vermindert und funktionelle Änderungen traten zutage, wenn p14 selektiv in DZ fehlte, was durch genetische Methoden in Mausmodellen erreicht wurde. Es ist deshalb das Ziel dieses Projekts, die bislang völlig unbekannte Rolle von p14 in DZ der Haut, insbesondere von Langerhanszellen und dermalen langerin+ DZ zu studieren. P14 wird in der Maus konditional unter dem Langerin Promotor mittels "Cre-LoxP" Technologie deletiert. In humanen DZ werden "Gene Silencing" Methoden zur Ausschaltung des p14 Gens angewendet. Die funktionelle Konsequenzen des Fehlens von p14 in DZ von Maus und Mensch werden mit einer Palette von immunologischen Assays bis hin zum Schutz oder zur Heilung von Tumoren (in der Maus) untersucht. Auch die Homöostase der Langerhanszellen in der Epidermis von der Geburt bis ins Erwachsenenalter (in der Maus) wird untersucht. Wenn sich die kritische Rolle für p14 in Langerhanszellen bestätigt, dann könnte das einen Mechanismus darstellen, über den man die Homöostase der DZ der Haut, wie auch deren Migration, Reifung und Antigenprozessierung über externe Stimuli regulieren und manipulieren könnte - letztlich mit therapeutischen Absichten, nicht nur für das spezielle Immunmangel-syndrom, sondern auch generell für Erkrankungen, wo verstärkte DZ Funktion und somit verbesserte Immunität wünschenswert ist, z.B. Krebs

Dendritische Zellen (DZ) steuern in entscheidender Weise Immunität und Toleranz. Sie bilden eine Brücke zwischen der angeborenen und der adaptiven Immunität. Sie stehen am Beginn praktisch aller adaptiver Immunabwehrreaktionen des Körpers, und sie sind deshalb unerlässlich für die Fähigkeit des Organismus, sich gegen pathogene Keime (Infektionen) erfolgreich zu verteidigen. Untergruppen von DZ bewohnen verschiedene Organe und Gewebe des Körpers. Am besten charakterisiert sind die DZ der Haut (Oberhaut) und Schleimhäute, die Langerhanszellen. Die klinisch-immunologische Bedeutung dieser Zellen wird dadurch unterstrichen, dass die Haut auch der Ort ist, wohin viele Impfungen verabreicht werden.Klinischer Ausgangspunkt des Projekts war eine seltene genetische Immunmangelerkrankung, deren Ursache eine Mutation im Gen ist, welches das für das endosomale Adaptor Protein p14 / LAMTOR2 kodiert. Das führt zu Defekten in Lysosomen-ähnlichen Organellen der Zelle. LAMTOR2 reguliert die über die Mitogen-aktivierte Protein Kinase (MAPK) führende Signaltransduktionskaskade. Es besteht somit eine Verbindung von Signaltransduktion, Organellenentstehung und Endozytose. Deshalb stellten wir die Hypothese auf, dass LAMTOR2 eine wichtige Rolle bei den Funktionen der DZ spielt. Überraschenderweise besaßen Mäuse, deren LAMTOR2 Molekül selektiv in DZ durch genetische Methoden (Cre-LoxP" Technologie) eliminiert worden war, fast keine Langerhanszellen. Im Rahmen des abgelaufenen Projekts konnten wir die zellulären und molekularen Mechanismen für das fast völlige Fehlen der Langerhanszellen klären. Kurz nach der Geburt besiedeln die Zellen zwar die Epidermis ganz normal. Dann aber können sie sich nur unzureichend teilen und vermehren, und zusätzlich dazu sterben sie vermehrt durch Apoptose ab. Molekularer Grund dafür ist, dass durch das Fehlen des LAMTOR2 Moleküls der gesamte LAMTOR Multimolekülkomplex zerfällt und, als Folge davon, zwei wichtige Signalwege in der Zelle nicht mehr ordentlich funktionieren: die sogenannten ERK und mTOR Signalwege.Das abgelaufene Projekt stellt die erste Studie über die Rolle von LAMTOR2 in Langerhanszellen dar. Wir zeigen hier erstmals, dass die beiden Signalwege von so hoher biologischer Bedeutung sind, dass ihre Minderfunktion zu einem fast völligen Fehlen einer kompletten Zellpopulation führen kann. Somit bietet sich der LAMTOR Komplex als mögliches Ziel für eine künftige Beeinflussung des Gleichgewichts der dendritischen Zellpopulationen innerhalb der Haut (insbesondere der Oberhaut / Epidermis) an. Das kann therapeutisch erwünscht sein, wenn man beispielsweise verhindern möchte, dass Langerhanszellen in Knochenmarks-transplantierten Patienten die gefährliche Transplantat-gegen-Wirt Erkrankung auslösen. Bis zur Translation dieser Daten in die Klinik ist jedoch noch viel Grundlagenforschung zu diesem Thema erforderlich.