Immunmodulatorische Mechanismen von Butyrat

Die kurzkettige Fettsäure Butyrat spielt eine zentrale Rolle für die Aufrechterhaltung der Homöostase im Gastrointestinaltrakt. Zusätzlich zu ihrer hinlänglich bekannten Funktion als Energielieferant für Colonozyten und ihrem möglichen Potential als Antitumormittel, zeigen neueste Ergebnisse sehr eindrucksvoll, daß Butyrat eine antiinflammatorische Wirkung bei mukosalen Enzündungen durch die Modulation von wichtigen immunologischen Effektormechanismen in vivo und in vitro hat. Die Aufklärung der genauen molekularen und funktionellen Grundlagen in verschiedenen immunologischen Modellen soll dazu beitragen die pathophysiologische Bedeutung dieses Moleküls zu ergründen. Eine detailierte Kenntnis der diese Wirkungen kontrollierenden Mechanismen könnte zur Entwicklung neuer antiinflammatorischer Medikamente beitragen, welche sich durch höhere Selektivität und weniger Nebenwirkungen als derzeit gängige Therapeutika auszeichnen. Wir planen daher folgende Fragestellungen im Rahmen diese Projektes zu behandeln: 1) Untersuchung des Einflusses des bakteriellen Produktes Butyrat auf alle Stadien der Entwicklung dendritischer Zellen in vitro, da diese Zellpopulation von zentraler Bedeutung für die Initiation einer T-Zellantwort ist. Es sollen hierbei phenotypische und funktionelle Parameter überprüft werden. Weiters sollen auch intrazelluläre Ereignisse auf Transkriptionsebene, wie Aktivierung von NF-kB untersucht werden, da in anderen Modellen Hinweise auf einen derartigen Angriffspunkt gefunden wurden. 2) Charakterisierung, ob Butyrat in der Lage ist das Priming von T-Zellen durch dendritische Zellen zu beeinflussen. Die Analyse der Zytokinproduktion (Th1 oder Th2/3 Zytokine) in derartig geprägten T- Zellen soll als Auswertesystem dienen. Die Art der darausresultierenden T-Zellantwort soll in Restimulationskulturen von naiven Zellen untersucht werden. 3) Untersuchung der Wirkung von Butyrat auf die Produktion von COX-2 und PGE2 in humanen Monozyten und Dendritischen Zellen ergänzt durch Analyse der zugrundeliegenden intrazellulären Signalübertragung und von Transkriptionsfaktoren. 4) Herausfinden der molekularen Grundlage für die T-Zelltoleranz. Hierbei soll die Bedeutung der Beeinflussung transkriptioneller Mechanismen durch Butyrat auf die spezifische Niederregulation von T-Zellreaktivitäten untersucht werden. 5) Untersuchung der Wirksamkeit von Butyrat bei Patienten mit entzündlichen Darmerkrankungen. Da Hinweise auf einen Verwertungsdefekt für Butyrat bei diesen Patienten gefunden wurden, soll die Möglichkeit einer geringeren Sensitivität des Immunsystem auf die antiinflammatorische Wirkung von Butyrat untersucht werden.

Im vorliegenden Projekt konnten wesentliche Erkenntnisse über die immunmodulatorische Wirkung von n-Butyrat auf die Funktionalität einer Reihe von Zellpopulationen, die wesentlich für das Wirken des Immunsystems sind, wie Dendritische Zellen, Monozyten, Mastzellen, T-Zellen und Endothelzellen, gewonnen werden. In Parallelexperimenten wurden für bestimmte Signalübertragungsmoleküle spezifische Inhibitoren gestestet, um die Auswirkungen einer derartigen Interferenz mit den unter n-Butyrateinwirkung beobachteten vergleichen zu können. Wir konnten nachweisen, dass die Differenzierung und die Reifung der für die Ausbildung einer Immunantwort so zentralen dendritischen Zellen stark beeinträchtigt wird, was sich sowohl in einer verminderten Zytokinproduktion, einer reduzierten Expression von wichtigen Reifungsmarkern wie auch einer herabgesetzten allostimulatorischen Kapazität äußerte. Diese Effekte waren mit einer verminderten Transaktivierung eines zentralen Transkriptionsfaktors (NF-kB) assoziiert. Die direkte selektive Interferenz mit diesem resultierte in ähnlichen funktionellen Konsequenzen, wobei ebenfalls die Induktion einer allospezifischen Hyporeaktivität in T-Zellen nach Exposition gegen dermaßen behandelte dendritische Zellen beobachtet werden konnte. Beachtenswerterweise wurde diese Wirkung durch eine gleichzeitige Gabe von Calcineurinantagonisten nicht beeinflusst. Diese Beobachtung ist von besonderer Bedeutung, da künftige Toleranzprotokolle nur dann in die Klinik Eingang finden werden, wenn sie bei gleichzeitiger Anwendung der derzeit erfolgen immnusuppressiven Behandlungsschemen angewendet werden können. Unsere Untersuchungen über die selektive Interferenz mit der Janus Kinase 3 weisen darauf hin, dass dieses Molekül einen viel versprechenden Kandidaten für künftige immunsuppressive Protokolle darstellt, da es einerseits nur in immunkompetenten Zellen vorkommt und andererseits seine Ausschaltung eine Reihe von wesentlichen Schnittstellen der Aktivierung des Immunsystems betrifft. Schließlich haben wir das am häufigsten im menschlichen Harn vorkommende Glykoprotein (THP) auf dessen Auswirkungen auf dendritische Zellen ausgetestet und zeigen können, dass es über einen zentralen Mustererkennungsrezeptor die Aktivierung dieser Zellen mit nachfolgender Ausbildung einer spezifischen Immunantwort gegen das Protein selbst bewirkt. Diese Beobachtungen weisen dem Glykoprotein eine zentrale Rolle in der Kontrolle von Harnwegsinfektionen zu.