Antigenprozessierung durch dendritische Zellen der Haut

Dendritische Zellen (DZ) sind Leukozyten aus dem Knochenmark. Sie sind darauf spezialisiert, Antigene an T Lymphozyten zu präsentieren und damit Immunabwehrreaktionen auszulösen: Killer T Lymphozyten werden aktiviert; Mikroorganismen werden von Makrophagen eliminiert, die durch Interferon-gamma von Helfer T Lymphozyten stimuliert wurden; die B Lymphozyten werden dazu gebracht, Antikörper zu produzieren. Insbesondere können DZ primäre, d.h. erstmalige Immunant-worten initiieren. Diese herausragenden immunogenen Fähigkeiten der DZ werden inzwischen in ersten klinischen Studien zur Bekämpfung von malignen Tumoren in vivo studiert und genütz. In der Haut kommen DZ in zwei Spielarten vor: die Langerhanszellen der Epidermis (Oberhaut) und die dermalen dendritischen Zellen der Lederhaut. Antigene oder Mikroorganismen, die ver-suchen, über die Haut in den Organismus einzudringen, werden von den DZ der Haut effizient auf-genommen und als immunogene Bruchstücke des Antigenproteins an die zellständigen Moleküle des Haupthistokompatibilitätskomplexes (HLA, MHC) gebunden. Diese Komplexe werden an die Oberfläche der DZ geschleust; diese wandern daraufhin in die Lymphknoten) und präsentieren dort den antigenspezifischen T Lymphozyten die immunogenen Komplexe. Die spezifischen T Zellen vermehren sich und schwärmen über das Blut in die Peripherie aus, wo sie z.B. virusinfizierte Zellen abtöten oder Makrophagen aktivieren. Dieser Weg ist für diejenigen Antigene, die auf den MHC Klasse II Molekülen präsentiert werden gut bekannt. Weit weniger wissen wir jedoch darüber, wie DZ der Haut Antigene verarbeiten, die für die MHC Klasse I Moleküle bestimmt sind. Zwei Wege sind beschrieben worden. Beim klassischen Weg werden Antigene verarbeitet, die im Zytosol der Zelle gebildet werden oder sich dort befinden (z.B. virale Moleküle, Tumorantigene). Beim alternativen, und relativ neu beschriebenen Weg werden exogen über Endozytose aufgenom-mene Antigene als Peptide auch in die MHC Klasse I Moleküle dirigiert. Dieses Szenario ist vor-stellbar bei einer nicht infizierten Langerhanszelle, die inmitten von virusinfizierten Epithelzellen sitzt, oder einer nicht malignen DZ inmitten von Tumorzellen. In der Immunologie ist dieses Phänomen schon lange als "cross priming" bekannt. Die Haut ist ein sehr grosses Organ, das die Barriere zu den Antigenen und Bedrohungen der Aussenwelt darstellt. Viele Viren können Zellen der Haut infizieren; viele Tumoren entstehen aus Zellen der Haut (z.B., Melanom, Hautkrebs). Wir stellen deshalb die HYPOTHESE auf, dass die DZ der Haut, die dort als immunologische Wächter sitzen, auf wirkungsvolle Weise exogene Anti-gene in ihren MHC Klasse I Molekülen präsentieren können. Diese Hypothese ist bislang nicht direkt überprüft worden, insbesondere nicht mit DZ, die direkt aus der Haut isoliert wurden. Weiters gibt es keine vergleichenden systematischen Untersuchungen über die Fähigkeiten von Langerhanszellen und dermalen dendritischen Zellen in Bezug auf ihre immunologischen Funktionen (Induktion von zytotoxischen T Zellen, alternativer Weg der Antigenprozessierung). Daraus ergeben sich zwei spezifische Ziele für diesen Projektantrag. ZIEL 1: Die immunologisch-en Fähigkeiten von DZ der Epidermis und der Dermis werden in Parallelvergleichen untersucht. Die benötigten Zell- Isolationsmethoden wurden bereits früher in unseren Labors entwickelt. Studiert werden die Expression und Verteilung der Moleküle der Antigenprozessierungsmaschinerie (z.B., Transportermoleküle / TAP, Proteasomen, etc.), weiters die immunstimulatorische Fähigkeit zur Induktion von zytotoxischen T Zell Antworten in vitro und in vivo. ZIEL 2: Die Fähigkeit von DZ aus der Haut, aber auch noch im Gewebsverband der Haut werden untersucht im Hinblick auf ihre Fähigkeit, exogene Antigene auf MHC Klasse I Molekülen zu präsentieren. Das etablierte Ovalb-umin Modell in der Maus wird dafür verwendet, da dort viele kritische Reagenzien verfügbar sind. Die Daten aus den vorgeschlagenen Experimenten werden zeigen wie gut DZ aus der Haut exo-gene Antigene auf MHC Klasse I präsentieren können und ob sich die DZ aus Epidermis und Der-mis voneinander und von DZ aus anderen Quellen (z.B., Blut) diesbezüglich unterscheiden. Das ist von Bedeutung nicht nur für Tumor- Impfprotokolle mit DZ, sondern auch für Standard Impfungen in die Haut, sowie für ein besseres Verständnis der Immunüberwachungsmechanismen in der Haut.

Dendritische Zellen sind weisse Blutkörperchen, die aus dem Knochenmark stammen. Sie sind darauf spezialisiert, Immunabwehrreaktionen auszulösen und zu steuern: Killerzellen werden durch sie aktiviert ("scharf gemacht"); Mikroben werden von aktivierten Fresszellen eliminiert; die B Lymphozyten werden dazu gebracht, Antikörper zu produzieren. Auch die beiden letzteren Schutzmechanismen werden von dendritischen Zellen ausgelöst. Diese herausragenden immunstimulierenden Fähigkeiten der dendritischen Zellen werden inzwischen in ersten klinischen Studien zur Bekämpfung von bösartigen Tumoren (Krebs) studiert und nutzbar gemacht. Die Haut ist ein sehr grosses Organ, das die Barriere zu den Antigenen und Bedrohungen der Aussenwelt darstellt. Viele Viren können Zellen der Haut infizieren; viele Tumoren entstehen aus Zellen der Haut (z.B., Melanom, Hautkrebs). Wir stellten deshalb die Hypothese auf, dass die dendritischen Zellen der Haut ("Langerhanszellen"), die dort als immunologische Wächter sitzen, auf wirkungsvolle Weise exogene Antigene (Pathogene) verarbeiten und somit Immunreaktionen starten können. Dieses besonders für die Virus- und Tumorabwehr wichtige Phänomen wird als "Kreuzpräsentation" bezeichnet. Für die Haut war das nur unvollständig erforscht. Die Erkenntnisse, die im Rahmen des FWF Projekts gewonnen wurden, stützen in mehreren Punkten die Ausgangshypothese. (1) Langerhanszellen sind in der Tat befähigt, die wichtige Funktion der "Kreuzpräsentation" von Antigenen wirkungsvoll durchzuführen. (2) Dabei werden Killerzellen erzeugt, welche für Tumorabwehr genutzt werden können. (3) Diese Fähigkeit der Langerhanszellen konnte nicht nur im Reagenzglas, sondern auch am lebenden Organismus (in vivo) nachgewiesen werden. (4) Wir konnten nachweisen, dass die Langerhanszellen über die Lymphgefässe in die Lymphknoten wandern, (5) und es gelang uns, mittels einzigartiger Antikörpersonden, die wandernden, antigen"beladenen" Langerhanszellen in den Lymphknoten wiederzufinden, was für das Studium der Regulation dieser Vorgänge eine wichtige Voraussetzung ist. (6) Schließlich konnten wir noch zeigen, dass der Besatz von Langerhanszellen mit Molekülen / Rezeptoren, welche für die Antigenprozessierung wichtig sind, im Neugeborenenalter, sowie beim Zustand nach Entzündungen unvollkommen ist, was den verringerten immunologischen Hautschutz in diesen Phasen erklären könnte. Diese Daten sind wichtig nicht nur für die Verbesserung von Tumor-Impfprotokollen mit dendritischen Zellen, sondern auch für Standard Impfungen in die Haut, sowie für das bessere Verständnis der Immunüberwachungsmechanismen in der Haut.