Ontogenese dentritischer Zellen in humaner Haut

Das Immunsystem Neugeborener ist im Gegensatz zum erwachsenen Menschen noch unvollständig entwickelt. Dies ist neben dem fehlenden immunologischen Gedächtnis auch auf die eingeschränkte Funktionsfähigkeit dendritischer Zellen (DZ), zurückzuführen. Sie sind nach ihren typischen bäumchen-artigen Zytoplasma- Ausläufern benannt und haben eine herausragende Rolle in der Induktion einer spezifischen Immunantwort. Die Mechanismen, die zu einem ausgereiften dendritischen Zellsystem führen, sind bislang kaum verstanden. Wir wollen deshalb die frühe Entwicklung kutaner DZ untersuchen, um Aufschlüsse über die Entstehung des adulten dendritischen Zellystems zu gewinnen. Die Haut bildet nicht nur eine mechanische Barriere gegen die Außenwelt, sondern stellt auch ein immunologisches Abwehrorgan dar, in dem zwei distinkte Populationen von DZ residieren: epidermale Langerhans Zellen (LZ) und dermale DZ (DDZ). Beide Zellarten sind durch ihre charakteristische dendritische Morphologie und die Expression spezifischer Oberflächenmoleküle gekennzeichnet. Eine ihrer Aufgaben ist die Induktion T Zell-vermittelter Immunantworten gegen in die Haut eindringende Antigene. Das unterstreicht ihre Bedeutung bei der Entwicklung zahlreicher dermatologischer Erkrankungen. Es ist bekannt, dass die Besiedelung der Epidermis im Menschen mit LZ-ähnlichen Zellen (CD36 + HLA- DR +/- CD1a - ) aus der embryonalen Leber 6-7 Wochen post conceptionem erfolgt. Mit der einsetzenden fötalen Knochenmark-Hämatopoese werden diese Zellen im Laufe der nächsten Wochen durch dendritische CD36 - HLA- DR + CD1a + Lag+ LZ ersetzt und sind ab der 13. Schwangerschaftswoche nicht mehr nachweisbar. Es stellt sich nun die Frage, ob die phänotypischen und morphologischen Veränderungen von DZ in der Haut auf den Einfluss des sich ändernden Zytokinproduktionmusters in derselben zurückzuführen sind oder ob es lediglich zu einer Neubesiedelung der Epidermis mit Vorläuferzellen aus dem Knochenmark kommt. Um festzustellen, ob CD36 + HLA-DR +/- Zellen sich tatsächlich zu LZ entwickeln können, planen wir diese zu isolieren und unter verschiedenen, für diesen Zelltyp spezifischen Differenzierungsbedingungen zu kultivieren. Anschließend sollen die so gewonnenen Zellen auf die Expression von LZ-Markern untersucht und spezifischen Funktionstests unterzogen werden. Ein Unvermögen dieser Zellen sich in funktionsfähige LZ zu entwickeln läge die Vermutung nahe, dass ab der 10. Schwangerschaftswoche LZ-Vorläufer aus dem Knochenmark in die Haut gelangen und dort die vorherige Population ersetzen. Denkbar wäre aber auch, dass CD36 + Zellen selbst bzw. andere Hautzellen Zytokine produzieren, die die Reifung der LZ-Vorläufer entweder verhindern oder aber induzieren. Wir beabsichtigen daher das Expressionsmuster diverser Zytokine in der pränatalen Epidermis zu analysieren, um mögliche neue, immunmodulierende Wachstums- und Reifungsfaktoren zu identifizieren. Zudem planen wir, die Entwicklung pränataler DZ der Haut hinsichtlich der Expression der erst kürzlich entdeckten C-Typ Lektin Rezeptoren näher zu untersuchen, die für die Aufnahme und Verarbeitung von Antigenen essentiell sind und sehr wahrscheinlich entscheidend zur funktionellen Entwicklung des dendritischen Systems der Haut beitragen. Ein tieferer Einblick in die Entwicklung des Immunsystems der Haut, den dieses Projekt als Ziel anstrebt, wird uns entscheidende Aufschlüsse in die Pathogenese von Hautkrankheiten geben. Es ist davon auszugehen, dass die in unserem Projekt gewonnen Erkenntnisse der dermato-immunologischen Forschung zu Gute kommen und die Entwicklung neuer und spezifischer Therapieformen maßgeblich beeinflussen werden.

Die Entstehung des Immunsystems im Menschen ist unzureichend erfasst. Die Anforderungen an das sich entwickelnde Immunsystem sind enorm. Das Immunsystem vor der Geburt muss nicht nur eine Balance zwischen der Infektionsabwehr und der Vermeidung überschießender, die Schwangerschaft potentiell gefährdender Immunreaktionen wahren, es gilt auch möglichst komplikationslos den Übergang vom sterilen intrauterinen in das per se lebensfeindliche, mikrobenreiche Milieu nach der Geburt zu bewältigen. Die menschliche Haut bildet die äußerste Barriere des Körpers zu seiner Umwelt und schützt ihn vor mechanischen, chemischen und physikalischen Einwirkungen. Darüber hinaus ist die Haut ein immunologisches Abwehrorgan, wobei Antigen-präsentierende Zellen wie epidermale Langerhans Zellen (LZ) und dermale dendritische Zellen (DDZ) aufgrund ihrer Fähigkeiten Immunantworten zu initiieren und zu modulieren eine zentrale Bedeutung haben. Da die Mechanismen, die zur Ausbildung reifer kutaner DZ erforderlich sind, unzureichend verstanden sind, war es das Ziel unseres Forschungsprojektes, die Entwicklung dieser spezialisierten Immunzellen näher zu beleuchten. Wir konnten zeigen, dass LZ-Vorläufer während der pränatalen Periode in die Epidermis einwandern, sich vor Ort vermehren, schrittweise ihre typischen Merkmale erwerben und bereits im zweiten Trimester weitgehend jenen von Erwachsenen gleichen. Ähnlich verhält es sich mit DDZ, Makrophagen und Mast Zellen. Die Produktion des Zytokins TGF-beta in der Epidermis geht der Expression LZ-spezifischer Marker auf epidermalen Leukozyten voraus. Dies legt nahe, dass TGF-beta für die Entwicklung des Phänotyps der LZ in vivo eine bedeutende Rolle spielen könnte. Die in Entwicklung befindliche Haut schafft offenbar ein Milieu, das einerseits die Reifung und Vermehrung von Leukozyten in der Haut sowie anderseits die Einwanderung ihrer Vorläuferzellen aus dem Blut fördert. Anhand von in vitro Testverfahren konnten wir darüber hinaus zeigen, dass bereits DZ aus embryonaler Haut sämtliche für ihre Funktion wichtigen Eigenschaften besitzen. Fraglich bleibt, ob dieses funktionelle Potential in vivo ausgeschöpft wird. Die hohe Konzentration des immunsuppressiven Zytokins IL-10 in embryonaler Haut könnte nämlich unter anderem die Aktivierung und Mobilisierung von DZ verhindern und somit zur Entwicklung und Erhaltung von Immuntoleranz beitragen. Die Bedeutung unserer Arbeit liegt in der Beschreibung eines möglichen Entwicklungsweges von Vorläuferzellen in reife, voll funktionstüchtige DZ in der Haut. Zudem zeigen unsere Studien, dass DZ in embryonaler Haut durch ein immunsuppressives Milieu inhibiert sein könnten. Diese Ergebnisse untermauern die These, dass der Fötus in gewissen Situationen bereits intrauterin wirksame Immunantworten auszubilden vermag und leisten somit wichtige Erkenntnisse die der dermato-immunologischen Forschung zu Gute kommen.