Regulation der Langerhanszell-Differenzierung

Langerhans Zellen (LCs) bilden ein dichtes Netzwerk in der äussersten Hautschicht, der Oberhaut. Diese Immunzellen repräsentieren eine funktionell wichtige Subentität innerhalb der Dendritischen Zellen (DCs). Sie spielen eine bedeutende Rolle in der Induktion von Immunreaktionen. Jene Faktoren welche LC Differenzierung bzw. Regeneration steuern sind jedoch bisher weitgehend unerforscht. LCs sind Abkömmlinge von blutbildenden Stammzellen und somit Teil des hämatopoietischen Systems. Die Differenzierung von Stammzellen verläuft stadienhaft und unterliegt einem hochkomplexen Zusammenspiel von DNA-bindenden Proteinen, sogenannten Transkriptionsfaktoren. Obwohl schon gezeigt wurde dass LCs aus Monozyten des peripheren Blutes nachgebildet werden können, sind jene Transktripitonsfaktoren welche diese Differenzierung steuern bisher weitgehend unbekannt. Zusätzlich können LCs aus einem Pool von Zellen der Oberhaut direkt nachgebildet werden. Unsere Gruppe fand in früheren Studien einen löslichen Faktor (i.e. das Zytokin TGF-ß1) welcher LC Differenzierung aus hämatopoietischen Vorläuferzellen induziert. Weitere Studien anderer Gruppen zeigten dass auch in vivo im Mausmodell TGF-ß1 essentiell für die Entwicklung von LCs in der Oberhaut ist. In wichtigen Vorarbeiten zu diesem Projekt identifizierten wir Transktriptionsfaktoren, welche durch TGF-ß1 während der LC Differenzierung moduliert werden. Eine graduelle Regulation der Expression dieser Faktoren könnte maßgeblich an der Linien- Induktion von LCs beteiligt sein. Dieses Projekt zielt auf die Aufklärung jener molekularern Mechanismen ab welche LC-Differenzierung steuern. Die einzelnen Arbeitschritte und Ziele gliedern sich in: - eine eingehende Untersuchung der Expressionskinetik von bereits identifizierten Transkriptionsfaktoren während der LC-Liniendifferenzierung aus blutbildenen Vorläuferzellen. - eine systematische funktionelle Untersuchung dieser Transkriptionsfaktoren mittels retroviraler Vektoren in blutbildenen Vorläuferzellen - eine weitergehende Analyse, wie diese Faktoren zusammenspielen um LC-Differenzierung zu induzieren - in vivo Bestätigungs-Experimente

Langerhans Zellen (LCs) sind Dendritische Zellen (DCs) der Oberhaut und Schleimhäute. LCs bilden dichte zelluläre Netzwerke in diesen Geweben und besitzen einen einzigartigen immunologischen Phänotyp anhand dessen sie eindeutig von anderen DCs sowie von Epithelzellen unterschieden werden können. Obwohl sich epidermale LC Netzwerke bereits in niederen Lebewesen finden, diese somit evolutionär hoch konserviert sind, weiß man noch immer recht wenig über deren Funktion. Innerhalb des menschlichen Immunsystems sind LCs jene Zellen welche gegenüber der Umwelt am unmittelbarsten exponiert sind (sogenannte Wächterzellen). Einerseits scheinen sie eine bedeutende Rolle in der Erkennung und Immunabwehr von Viren zu besitzen (z.B. HIV). Andererseits wird eine wichtige Funktion von LCs in der immunologischen Toleranz gegen Umweltantigene und epitheliale Antigene angenommen. Im Mausmodell wurde weiters das Fehlen von LCs mit überschießenden Immunreaktionen (e.g. verstärkte Kontaktallergie und mikrobielle Infektionen) in kausalen Zusammenhang gebracht. Aufgrund ähnlicher Entwicklung/Differenzierung werden LCs zur Familie der Monozyten/Makrophagen gezählt. Jene extrazellulären/epidermalen Signale welche die Entwicklung von LCs aus Vorläuferzellen oder Monozyten steuern wurden bereits charakterisiert. Darauf aufbauend konnten Zellkulturverfahren für die in vitro Generierung von LCs etabliert werden. Diese Methoden könnten in neuartigen experimentellen Zelltherapie-Ansätze Verwendung finden (e.g. Immuntherapie gegen Krebs oder Toleranzinduktion). Trotz der großen Bedeutung von LCs fehlt jedoch ein grundlegendes molekulares Verständnis dafür wie sich diese Zellen entwickeln. In unserem Projekt setzten wir uns zum Ziel jene regulatorischen Moleküle zu identifizieren, welche LC Entwicklung und Funktion steuern. Unsere Analysen stützen die Annahme dass Linien-determinierte epidermale LC Vorläuferzellen bereits vor der Geburt vorkommen und dass diese von Monozyten/Makrophagen unterschieden werden können. Im Rahmen dieser Analysen konnten wir auch Genschalter identifizieren, welche die Entwicklung von LCs aus Blut-Monozyten steuern. Zusätzlich beschäftigten wir uns mit Proteinen welche an der Zelloberfläche von LCs vorkommen. Wir beschrieben ein solches Zellmembran-Protein als neuen Marker für die Identifizierung von LCs (TROP2). Ein weiteres Protein, AXL, dient als Rezeptor für die Phagozytose von abgestorbenen Zellen und bewerkstelligt dass LCs dabei nicht aktiviert werden (blande Phagozytose). Ein Defekt in diesem Mechanismus könnte zu Autoimmunerkrankungen und Allergien führen.