Die Rolle des Entzündungsmediators LIGHT bei CED

Das Immunsystem im Darm muss sehr genau ausbalanciert sein, um Nährstoffe sowie die darmeigenen Bakterien tolerieren und gleichzeitig Pathogene effizient angreifen zu können. Darum scheint es nicht verwunderlich, dass ein Ungleichgewicht dieser feinregulatorischen Mechanismen zu chronisch entzündlichen Darmerkrankungen, wie Morbus Crohn und Colitis Ulcerosa, führt, wobei das Immunsystem des Darms (intestinales Immunsystems) aktiv eigenes Gewebe zerstört. Zur medikamentösen Behandlung werden entzündungshemmende Therapeutika verabreicht, diese sind jedoch in ihrer Wirkung limitiert und weisen beträchtliche Nebenwirkungen auf. Im Anbetracht des Mangels einer angemessenen Behandlung ist es also wichtig, die grundlegenden regulatorischen Mechanismen des intestinalen Immunsystems zu verstehen. Der Entzündungsmediator LIGHT spielt eine wesentliche Rolle bei der Aktivierung von Immunzellen und scheint auch bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen wichtig zu sein, da er in hoher Konzentration im Darm von Patienten vorkommt. Diese Studie legt den Focus auf die Untersuchung des Einflusses von LIGHT auf die Pathologie von Colitis Ulcerosa, einer chronischen Entzündung der Dickdarmschleimhaut. Obwohl LIGHT generell eher zu den Auslösern der Entzündung gerechnet wird, haben wir überraschenderweise bei Mäusen denen LIGHT fehlt einen schwereren Krankheitsverlauf beobachtet, wenn Colitis Ulcerosa durch eine Chemikalie induziert wird, was auf eine protektive Rolle von LIGHT hindeuten würde. LIGHT interagiert mit zwei Rezeptorproteinen an der Zellmembran, dem Herpes Virus Entry Mediator (HVEM) und dem Lymphotoxin ß receptor (LTßR) und dieser protective Effekt hängt wohl eher mit LTßR zusammen als mit HVEM. Wir haben herausgefunden, dass in speziellen weißen Blutkörperchen, so genannten Neutrophilen, ein LTßR-Defekt ähnlich wie ein Mangel an LIGHT, zu einem schwereren Krankheitsverlauf führt. Außerdem produzieren Neutrophile ohne LTßR mehr reaktiven Sauerstoff im Vergleich zu normalen Mäusen, sogar im Zustand des gesunden Fließgleichgewichts. Dieser führt zur Zerstörung von Gewebe und könnte also mit der protektiven Wirkung der LIGHT-LTßR Wechselwirkung zusammenhängen. An der Zell- Oberfläche von Neutrophilen findet sich sowohl LIGHT als auch HVEM, wobei es möglich ist, dass die beiden Rezeptoren unterschiedliche Stoffwechselwege aktivieren. Daher werden wir die Auswirkung von LIGHT-Stimulierung auf jeden der beiden Rezeptoren in Neutrophilen von Mäusen vergleichen. Außerdem beabsichtigen wir sowohl im Zustand des gesunden Fließgleichgewichts, als auch bei Colitis Ulcerosa, zu untersuchen ob bei Neutrophilen ohne LIGHT ebenfalls mehr reaktiver Sauerstoff gebildet wird, wie es bei einem Mangel an LTßR auftritt. Da es keine geeigneten Werkzeuge gibt, um LIGHT als Protein nachzuweisen, haben wir Mäuse genetisch verändert, damit sie ein fluoreszierendes LIGHT herstellen um es so zu visualisieren. Um die zelluläre Quelle von LIGHT nachzuweisen, werden wir LIGHT gezielt in bestimmten Zellen ausschalten. Die Experimente in diesem Projekt werden zu einem tieferen Verständnis des Ursprungs von LIGHT und seiner Effekte im normalen Fließgleichgewicht sowie bei chronischer Entzündung führen.

Das Immunsystem des Darms muss stetig eine Balance zwischen guten und pathogenen Darmbakterien finden um möglichst rasch Eindringlinge angreifen zu können. Es überrascht daher nicht, dass ein Ungleichgewicht an diesen regulatorischen Mechanismen zu einer chronischen Darmentzündung führt. Bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) greift das Immunsystem aktiv das Darmgewebe an. Colitis Ulcerosa ist eine chronische Form der CED und Patienten leiden an Durchfall, rektalen Blutungen, starken Bauchschmerzen und andauerndem Gewichtsverlust. Die Aufklärung der zugrundeliegenden Mechanismen dieser Krankheit ist essentiell um die aktuellen Therapiemöglichkeiten zu verbessern. Im Darm der Patienten lassen sich hohe Konzentrationen des Immunmodulators TNFSF14 (oder auch LIGHT) finden und anhand dieser Studie sollte die Rolle dieses Proteins in der Pathologie von Colitis Ulcerosa genauer untersucht werden. LIGHT interagiert mit zwei Rezeptoren, die an die Zellmembran gebunden sind: Herpes Virus Entry Mediator (HVEM) und Lymphotoxin ß receptor (LTßR). Wenn der LTßR in spezifischen weißen Blutkörperchen (so genannte Neutrophile) fehlt, so haben wir in Mäusen herausgefunden, wird der Krankheitsverlauf von Colitis verstärkt. Dieser Effekt ist ähnlich dem wenn LIGHT fehlt. Außerdem haben wir diese weißen Blutkörperchen genauer untersucht und konnten eine höhere Konzentration von reaktivem Sauerstoff nachweisen, der von diesen Zellen produziert wird wenn ihnen der LTßR fehlt, was mit der Verstärkung der Krankheit zusammenhängen könnte. An diesem Punkt der Studie war es wichtig Colon Biopsien von Mäusen zu vergleichen, was ich unter anfänglicher Supervision eines Pathologen gemacht habe. Ich konnte nachweisen dass sich der Krankheitsverlauf verbesserte wenn diese Stoffwechselvorgänge in den Neutrophilen, denen der LTßR fehlte, mit einem Wirkstoff gezielt behandelt werden. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass der Immunmodulator LIGHT an den LTßR in Neutrophilen bindet und diese Interaktion die Aktivierung von Stoffwechselvorgängen, die den Colitis Verlauf erschweren würden, unterdrückt. Es ist bisher nicht bekannt von welchem Zelltyp LIGHT produziert wird und wie sich das auf die entzündete Schleimhaut auswirkt. Studien werden dadurch erschwert dass es keine funktionierenden Methoden gibt um das LIGHT Protein in Mausen nachzuweisen. Daher habe ich daran gearbeitet eine spezielle Knockout Maus zu generieren, wo LIGHT in einer Zell Art an und in der anderen ausgeschaltet werden kann, was den Nachweis der zellularen Quelle von LIGHT möglich machen würde. Das Maus Genom wurde mit meiner konstruierten DNA in Stammzellen modifiziert und wir warten gerade auf die Ergebnisse der genetischen Untersuchung. Diese Stammzellen werden dann in die Blastozyste einer schwangeren Maus transferiert. Außerdem habe ich an einem weiteren Maus Model gearbeitet, wo LIGHT Protein mit einem kleinen Molekül an der Oberfläche markiert sein soll, was das Detektieren mit handelsüblichen Methoden möglich machen soll. Zusammengefasst haben meine Studien zu einem besseren Verständnis von chronisch entzündlichen Bedingungen in CED und in Richtung verbesserter Therapie beigetagen.