Untersuchungen zur biologischen Funktion von IgE

Bis zum heutigen Zeitpunkt sind die biologische Funktion von IgE und die damit verbundene Notwendigkeit in der Immunantwort nicht bekannt. In verschiedenen parasitären Infektionen findet man zwar bis zu dreifach erhöhte IgE Titer was dazu führte, dass dieser Immunglobulinklasse eine Funktion in der Parasitenabwehr zugesprochen wurde. Dieser Tatsache widerspricht allerdings, dass, wie kürzlich gezeigt werden konnte, ein hoher IgE Titer bei der Wurmabwehr hinderlich sein kann. Somit verbleibt nur die "negative"-Eigenschaft von IgE als Immunglobulin des allergischen Reaktion bestehen. Moderne Allergietherapien setzen, unter anderem, auf eine systemische Blockade des IgE Moleküls mittels anti-IgE-Antikörpern. Wir müssen uns hierbei jedoch bewusst sein, dass bei Anwendung dieser Therapie auf die Funktion einer Immunglobulinklasse verzichtet wird, über deren biologische Funktion wir wenig wissen. Gerade deswegen sind Studien zur Funktion von IgE überaus notwendig. Wenn man die Regulation der IgE-Expression studiert gewinnt man den Eindruck, dass unser Organismus alle Ticks anwendet um den IgE-Spiegel so gering wie nur möglich zu halten. Verglichen zu anderen Immunglobulinklassen sind IgE-Spiegel in der Maus und im Menschen nicht nur unter "steady-state"-Bedingungen, sondern auch nach Immunisierungen sehr gering. Wenn jedoch unser Organismus die Entscheidung trifft IgE zu synthetisieren wird höchster Wert auf die Qualität des IgE-Moleküls gelegt. Der biologische Mechanismus hinter dieser Gradwanderung ist nicht genau bekannt, aber es scheinen mehrere unabhängige Mechanismen dafür verantwortlich zu sein: Erstens: Verglichen mit anderen Immunglobulinen besitzt IgE die kürzeste Halbwertszeit mit maximal 10 bis 12 Stunden. Zweitens: Der niederaffine IgE-rezeptor CD23 vermittelt eine negative "feedback"-Regulation. CD23 defiziente Mäuse überexprimieren IgE, während transgene Mäuse die CD23 überexprimieren eine IgE-Defizienz aufweisen. Drittens: Membran-IgE knock-out-Mäuse zeigten die Schlüsselrolle des Rezeptors bei der IgE Synthese auf. Zwei Hauptstatements konnten mittels dieser Mäuse formuliert werden: die Transmembran-Domäne ist unverzichtbar für eine T-Zell abhängige IgE-Sekretetion und die Zytoplasmatische-Domäne beinflußt nicht nur die absolute Menge an synthetisiertem IgE, sondern auch die Qualität des Immunglobulins. Viertens: in vitro Daten aus unserem Labor zeigen den Einfluß eines "ineffizienten-processings" des mRNA-Transkripts von mIgE. Diese Beobachtung korreliert mit der niederen Expressionsrate von mIgE nach dem Klassenwechsel und dem extrem niederen IgE Serumspiegel. Wir interpretieren diese Tatsache als weiteren konservierten evolutionären Mechanismus der IgE Expressionskontrolle. Alles in allem müssen wir uns eingestehen, dass unser Wissen über die Funktion von IgE bestenfalls lückenhaft ist. In den letzten Jahren untersuchten wir den Prozess der Affinitätsreifung in Antwort auf eine "ph-Ox" basierende Immunisierung und formulierten die These, dass es keinen Zweifel daran gibt, dass IgE-Antikörper reifen, jedoch der "consecutive switch" nicht der bevorzugte Mechanismus beim Klassenwechsel ist. Weiters konnten wir 2 Proteine isolieren die an den zytoplasmatischen "tail" von IgE binden können und erstmal die Möglichkeit einer IgE spezifischen Signaltransduktion aufzeigen. Nicht zuletzt konstruierten wir transgene Reporter-Mäuse die uns in Zukunft helfen werden die Regulation von IgE zu verstehen. In diesem eingereichten Projekt wollen wir einerseits die begonnen Arbeiten an der IgE-Expressions-Regulation weiterführen indem wir die biologische Funktion von HPK1 und HAX1 während einer IgE vermittelten Immunantwort untersuchen wollen, aber auch einen Schritt weitergehen und die Frage nach der biologischen Relevanz von IgE mittels Untersuchungen an IgE-Plasma- und Memory-Zellen, deren Migration und Überlebensstrategien stellen. Indem wir die Biologie von Plasmazellen verstehen lernen, lernen wir parallel das Wesen humaner multiple Myelome, eine Erkrankung die maligne Plasmazellen betrifft, aber auch in die Sekretion von IgE in Antwort auf harmlose Fremdantigene zu unterbinden. Damit wird eine Therapie gegen Pollen- oder Nahrungsmittelallergie und Asthma greifbar. Das Wissen über die Natur und Langlebigkeit von Plasmazellen und die damit verbundenen Möglichkeiten diese Langlebigkeit zu beeinflussen stellen eine rationale Basis für die Entwicklung effektiver Behandlungsmöglichkeiten für diese Krankheiten dar.

Unser Wissen über die biologische Funktion des mIgE-Rezeptors, sowie die Expression von mIgE selbst ist bestenfalls fragmentös. In früheren Projekten und Publikationen analysierten wir den Prozess der Affinitätsreifung und Gedächtniszell-Entwicklung von IgE und konnten HPK1 und HAX1 als zwei Protein isolieren die direkt mit der zytoplasmatischen Domäne von IgE interagieren können. Zusätzlich konstruierten wir transgene Mäuse, die uns beim Verständnis über die Regulation von IgE halfen. Im ausgelaufen Projekt setzten wir die Untersuchungen an HPK1 und HAX1 fort und studierten die Entwicklung von IgE produzierenden Plasma- und Gedächtniszellen. In Hpk1-/- Mäusen beobachteten wir einen Rückgang der Expression von IgM, das sich in einer Anreicherung der "Transitional"-3 B-Zellpopulation äußerte. Weiters konnten wir wir die Interaktion zwischen HPK1 und HS1 beweisen und postulieren nun, dass HPK1 einen direkten oder indirekten Einfluss auf die HS-1 Aktivierung ausübt. Diese Beobachtung dürfte auch die Verbindung zu Hax1 herstellen. In Hax1-/- Mäuse zeigen eine massive Abnahme der Zellularität von lymphoidem Gewebe und eine signifikante Reduktion von B- und T-Lymphozyten. Wir vermuten den Grund dafür in einem defekten Knochenmarksmilieu, das die Nischen für die hämatopoetische Stammzelle nicht zur Verfügung stellt. Der damit verbundene Defekt in der Lymphozytenmigration könnte über eine Dysfunktion des Zytoskeletts erklärt werden, die die Lymphopoese an verschiedenen Entwicklungsstadien beeinflusst. In früheren Publikationen machten wir die geringe Expression von membran-IgE für die eingeschränkte IgE- Antwort verantwortlich. Im ausgelaufenen Projekt konnten wir einen weiteren Mechanismus aufklären. Mittels Gene-Targeting konnten wir zeigen, dass IgE, im Gegensatz zu IgG1, sekretierende Zellen eine limitierte Migration gegen einen CXCL12-Gradienten zeigen. Da die Migration für die Einwanderung der Zellen im Knochenmark wichtig ist haben IgE sekretierende zellen eine geringere Chance sich am langlebigen Plasmazell-Pool zu beteiligen. Indem wir die Biologie von Plasmazellen verstehen lernen wir humane multiple Myelome, eine Krankheit die maligne Plasmazellen betrifft, besser zu verstehen. Wir können aber dadurch auch die Sekretion von IgE in Antwort auf harmlose Antigen wie Pollen oder Nahrungsmittel beeinflussen und allergische Erkrankungen wie Rhinitis oder allergisches Asthma in Zukunft behandeln. Das Wissen über die Natur langlebiger Plasmazellen und im Gegenzug Möglichkeiten die Langlebigkeit dieser Zellen zu beeinflussen stellt die Basis für die Entwicklung effektiver Behandlungsmethoden dar.