Analyse des TGFß-Rezeptor/Cbl-b Signalwegs in Autoimmunität und Tumor-Immunität

T-Lymphozyten sind ein wichtiger Zweig des adaptiven Immunsystems, das Pathogene wie z. B. Bakterien und Viren bekämpft, aber auch Tumorzellen angreifen kann, um das Tumorwachstum zu verzögern oder Tumore sogar abzustoßen. Andererseits können unangemessene Immunreaktionen zu Autoimmunerkrankungen wie Multiple Sklerose oder Lupus erythematodes führen. Deshalb ist es wichtig, dass das Immunsystem nur aktiviert wird, wenn es nötig ist, es in anderen Fällen aber gehemmt wird. Zytokine der transforming growth factor ß (TGFß) Familie haben wichtige Rollen in vielen zellulären Vorgängen. TGFß1 ist hauptsächlich im Immunsystem exprimiert und einer der Schlüsselregulatoren der Immunhomöostase und peripheren T-Zell-Toleranz. Es wurde gezeigt, dass TGFß1 die T-Zell- Aktivität hemmt und so Autoimmunität unterdrückt. Andererseits konnte nachgewiesen werden, dass TGFß1 ins Tumorgewebe ausgeschüttet wird und so essentiell dazu beiträgt, dass Tumorzellen dem Immunsystem entkommen. Zusätzlich zu den immunsuppressiven Eigenschaften von TGFß1 ist dieses Zytokin essentiell für die Differenzierung von T-Zellen in verschiedene Effektor-T-Zell- Untergruppen. Cbl-b ist eine E3 Ubiquitin Ligase, die den Schwellenwert für die T-Zell Aktivierung setzt, indem sie die CD28 Co-Stimulierung reguliert. Darüberhinaus vermittelt Cbl-b die suppressiven Effekte von TGFß1. Cblb-defiziente T-Zellen sind wesentlich weniger sensitiv gegenüber TGFß1 und einer Hemmung durch regulatorische T-Zellen. Weiters zeigen cblb-/- Mäuse verglichen mit Wildtyp- Mäusen erhöhte Reaktivität gegen einen Tumor, der TGFß1 ausschüttet. Trotz des eindrucksvollen Phänotyps von cblb-/- Mäusen ist bisher jedoch wenig bekannt über die physiologische, autoimmun- limitierende Rolle von Cbl-b im TGFß-Rezeptor Signalweg in T-Zellen. Im vorliegenden Projekt wollen wir die Signalkaskaden, die zur Immuntoleranz und anderseits zu Auto- und Tumorimmunität führen, genauer untersuchen. Dabei werden wir uns auf den TGFß- Rezeptor/Cbl-b/Smad Signalweg fokussieren, der vor kurzem in unserem Labor beschrieben wurde. Unser Projekt soll folgende Hauptthemen behandeln: 1.) Regulierung der Cbl-b-abhängigen Ubiquitinierung und Degradation von Smad7. Nukleäre Rolle von Cbl-b. Evaluierung weiterer Cbl-b Funktionen im TGFß-Rezeptor Signalweg. Im Besonderen: Regulation der GM-CSF Produktion durch Cbl-b. 2.) Rolle der Cbl-b/Smad-Achse in der Entstehung von Autoimmunerkrankungen als eine Folge modifizierter TGFß-Sensitivität von T-Zellen. 3.) Rolle der Cbl-b/Smad-Achse in der Verhinderung effektiver anti-Tumor Reaktionen als eine Folge des immunsuppressiven Tumormilieus, das von TGFß wesentlich mitbestimmt wird. Die Aufklärung physiologischer Cbl-b Funktionen im TGFß Signalweg würde einen großen Fortschritt in der T-Zell Forschung bedeuten. Die Erforschung von Mechanismen, die zur immunologischen Toleranz führen, kann die Möglichkeit eröffnen, T-Zell Funktionen bei Autoimmunerkrankungen oder zur Verstärkung der Tumorimmunität zu manipulieren.

T-Zellen sind ein wichtiger Zweig des adaptiven Immunsystems, das Pathogene wie z. B. Bakterien und Viren bekämpft, aber auch Tumorzellen angreifen kann, um das Tumorwachstum zu verzögern oder Tumore sogar abzustoßen. Andererseits können unangemessene Immunreaktionen zu Autoimmunerkrankungen wie Multiple Sklerose führen. Deshalb ist es wichtig, dass das Immunsystem nur aktiviert wird, wenn es nötig ist, es in anderen Fällen aber gehemmt wird. Die Forschungsgruppe unter der Leitung von Ass.-Prof. Dr. Thomas Gruber an der Sektion für Zellgenetik (Medizinische Universität Innsbruck) beschäftigt sich mit den molekularen "Bremsen", die die T-Zell Aktivität hemmen, um Autoimmunität zu verhindern. Diese "Bremsen" (auch "Checkpoints" genannt) beeinträchtigen jedoch auch effiziente anti-Tumor T-Zell Reaktionen. In früheren Studien wurde schon gezeigt, dass Cbl-b, ein Protein aus der Familie der E3 Ubiquitinligasen, das u. a. in T-Zellen vorkommt, die Aktivierung dieser Zellen stark hemmt. Genetisch veränderte Mäuse ohne Cbl-b sind demnach anfälliger für Autoimmunerkrankungen, stoßen aber auch Tumore effizient ab. Im Rahmen des vom FWF finanzierten Projektes konnte die Gruppe von Dr. Gruber nun zwei molekulare Mechanismen aufdecken, wie Cbl-b Autoimmunität verhindert und Immunreaktionen gegen Tumore abschwächt. Im Projektteil "Tumorimmunität" konnte gezeigt werden, dass Cbl-b die hemmende Funktion des PD-1 Rezeptors in T-Zellen vermittelt. In entsprechenden Experimenten waren T-Zellen ohne Cbl-b resistent gegenüber der Hemmung durch die PD-L1/PD-1 Interaktion. Diese Erkenntnis hat Folgen für die Tumorimmunologie, denn PD-1 ist ein wichtiger Immuncheckpoint, dessen Blockade zu einer erhöhten Abstoßung von Tumorzellen durch T- Zellen führt. Diese Strategie ist mit dem Antikörper Nivolumab bereits seit einigen Jahren in der Klinik. Unsere in vivo Versuche ergaben, dass die Hemmung von PD-1 in Cbl-b defizienten Mäusen im Gegensatz zu wildtyp Tieren keinen Effekt hat. Das eröffnet die Möglichkeit, Cbl-b als Biomarker für Krebspatienten zu entwickeln, die eine anti-PD-1 Therapie erhalten. Es müssten dann in erster Linie solche Patienten von dieser Therapie profitieren, deren Cbl-b Expression hoch ist. Dieser Ansatz (Cbl-b als Biomarker) wird zur Zeit an der Sektion für Zellgenetik weiterverfolgt. Im Projektteil "Autoimmunität" konnte die Gruppe um Dr. Gruber nachweisen, dass Cbl-b die Zytokine GM-CSF und Il-3 reguliert, und zwar über den Transkriptionsfaktor NF- B. Insbesondere GM-CSF spielt eine wichtige Rolle in der Multiplen Sklerose. In einem Tiermodell dieser Auotimmunerkrankung zeigte sich, dass die Symptome ohne Cbl-b wesentlich stärker waren als in den wildtyp Tieren. Diese verschlechterte Symptomatik im Multiple Sklerose Modell konnte durch Neutralisierung von GM-CSF mittels eines entsprechenden Antikörpers komplett rückgängig gemacht werden. Diese Erkenntnis könnte dazu führen, dass Cbl-b als Biomarker für an Multiple Sklerose Erkrankte eingesetzt wird. In diesem Fall wären Patienten mit niedrigen Werten an Cbl-b besonders für eine anti-GM-CSF Therapie geeignet. Weitere Forschungen im Labor von Dr. Gruber werden zeigen, ob dieser Ansatz erfolgversprechend ist.