Die Rolle der Membrandomänen bei der Lymphozytenaktivierung

Veränderungen im Fettstoffwechsel durch Nahrung oder Medikamente können die Funktion des Immunsystems modulieren, indem sie die Aktivierung von Zellen des Immunsystems beeinflussen. Bei der Aktivierung von Zellen des Immunsystems einschließlich der T-Lymphozyten, müssen Signale von der Zelloberfläche ins Zellinnere übertragen werden. Bei dieser Signaltransduktion scheinen besondere Domänen innerhalb der Zellmembran von entscheidender Bedeutung zu sein, die durch eine spezielle Fettzusammensetzung reich an Sphingolipiden und Cholesterin geformt werden und hauptsächlich gesättigte Fettsäurereste enthalten. Arbeiten aus dem vorangegangenen Projekt deuteten darauf hin, daß Veränderungen in der Lipidzusammensetzung von T- Lymphozyten die Membrandomänen in ihrer Funktion und Struktur beeinflussen. Die molekularen Mechanismen, wie Modifikationen in den Membranlipiden in ablaufende Signaltransduktionsvorgänge eingreifen, sind jedoch nicht bekannt. Ziel des eingereichte Projektes ist es daher, den Einfluß eines veränderten Lipidstoffwechsels auf die in Membrandomänen ablaufenden Signaltransduktionsvorgänge zu untersuchen. Dazu werden die Membranlipide von T-Lymphozyten in ihrem Fettsäure- und Cholesteringehalt durch Inkubation in entsprechenden Kulturmedien verändert. Anschließend werden die Zellen über bestimmte Oberflächenmoleküle stimuliert und ihre Zellmembran anschließend biochemisch mittels verschiedener Methoden in Membrandomänen und andere Fraktionen aufgetrennt. Da die Phosphorylierung von Tyrosin-Resten ein Schlüsselereignis in der Aktivierung von Lymphozyten darstellt, sollen insbesondere Tyrosin-phosphorylierte Proteine, die in Membrandomänen vorkommen, untersucht werden. Die Analyse von Lipid-modifizierten und Kontrollzellen soll darüber Aufschluß geben, welche Signalübertragungsvorgänge in Membrandomänen lokalisiert sind, und wie sich, ihre Lokalisation bzw. die Effizienz ihrer Phosphorylierung durch die Lipidmodifikation verändert. Darüber hinaus sollen Membrandomänen, die aus lipid-modifizierten und Kontrollzellen isoliert wurden, in vitro stimuliert werden, um die Rolle der Membrandomänen in der Signaltransduktion direkt untersuchen zu können. Die Ergebnisse dieses Projektes können zum Verständnis der Signaltransduktion in Lymphozyten beitragen und Informationen zum Einfluß von Fettsäuren und Cholesterin auf das Immunsystem liefern.

Fette modulieren die Immunantwort indem sie die Aktivierung von Zellen des Immunsystems, wie die sog. T- Lymphozyten, beeinflussen. Besonders mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFA) der "omega-3" Reihe, die in Ölen von Meeresfischen gefunden werden, hemmen die Aktivierung von T-Lymphozyten. Omega-3 PUFA werden deshalb auch klinisch zusätzlich zu klassischen immunsuppressiven Medikamenten z.B. in der Behandlung der entzündlicher Gelenks- und Darmerkrankungen eingesetzt. Die Aktivierung von T-Lymphozyten läuft über besondere Areale der Zellmembran, die sog. Rafts ("Flöße"). Diese Rafts werden durch eine besondere Fettzusammensetzung aufgebaut und sind u.a. reich an Cholesterin und gesättigten Fettsäuren. In diesem Projekt analysierten wir in vitro die Mechanismen, wie PUFA die Aktivierung von T-Lymphozyten beeinflussen. Wir fanden einen neuen molekularen Mechanismus wie PUFA die Aktivierung von T-Lymphozyten hemmen. Die Behandlung mit PUFA bewirkt eine Verdrängung einer Reihe von Molekülen, die in der T Zell-Aktivierung involviert sind aus den Rafts in andere Teile der Zellmembran. Wir zeigten dass die Verdrängung der Moleküle aus Rafts im Wesentlichen dadurch bewirkt wird, dass sich die Fettzusammensetzung der Rafts, nicht aber der Ankermechanismus der Moleküle verändert wird. Die hemmende Wirkung der PUFA konnte auf ein einzelnes T- Zell-Aktivierungs-Molekül, genannt LAT, zurückgeführt werden, dessen Verdrängung aus Rafts die verminderte T-Zell-Aktivierung bewirkt. Dieses Konzept wurde mit molekularen Techniken bewiesen, indem gezeigt wurde, dass die Relokalisierung dieses Moleküls in Rafts ausreicht, um die entscheidende Ereignisse der T-Zell- Aktivierung in PUFA-behandelten Zellen wieder herzustellen. Weiterführende Studien zeigten, dass die hemmende Wirkung von PUFA überraschend selektiv auch für später einsetzende Aktivierungsschritte ist, welche notwendig sind, letztlich eine Immunantwort zu starten. T-Zell-Aktivierung geschieht in vivo durch sogenannte Antigen-präsentierende Zellen, welche fremde Substanzen ("Antigene") verdauen und in passender Weise für T-Zellen präsentieren indem eine sog. "Immunologische Synapse" gebildet wird. Unsere Experimente zeigten, dass die Formung der Immunologischen Synapse durch die PUFA Behandlung selektiv gestört wird. Die Hemmung der Ausbildung der immunologischen Synapse potenziert nicht nur die PUFA-mediierten Defekte in der T-Zell-Aktivierung, sondern erweitert auch das Spektrum der Effekte aus Aktivierungswege, die durch die PUFA-Wirkung selbst nicht beeinflusst werden. Zusammenfassend hat das Projekt das Verständnis für die immunmodulatorischen Effekte der PUFA beträchtlich erweitert, indem es einen neuen molekularen Mechanismus aufdeckte und T-Zell-Aktivierungsdefekte im Detail charakterisierte.