Molekulare Mechanismen u. Funktionen v. PKCalpha in T Zellen

Um die Physiologie und Pathophysiologie von T-Zellen, den wichtigsten Effektorzellen des Immunsystems zu verstehen, ist es notwendig die biochemischen Prozesse aufzuklären, die bei der Aktivierung dieser Zellen ablaufen. Proteinkinase Calpha (PKCalpha) ist ein Schlüsselenzym in den Signalwegen, die zu Proliferation, Zytokinsekretion, Umbildung des Zytoskeletts und zu kontrolliertem Zelltod (Apoptose) führen. PKCalpha gehört zur Unterfamilie der konventionellen PKCs (cPKCs), die für ihre Aktivierung Kalzium und Diacylglycerin benötigen. PKCalpha ist in T-Lymphozyten hoch exprimiert und wandert nach der Aktivierung von T-Zellen an die Plasmamembran. Um die Signalwege zu untersuchen an denen PKCalpha beteiligt ist, begannen wir eine Kooperation mit Michael Leitges (Hannover). Er etablierte ein Mausmodell, bei dem das Gen für die PKCalpha entfernt wurde ("knock-out" Mäuse). Unsere bisherigen Ergebnisse zeigen einen schweren Immundefekt dieser Mäuse. In diesem Projekt möchte ich untersuchen, wie die molekularen Mechanismen von PKCalpha funktionieren und wie sie zu den oben genannten Immundefekten führen. Diese Erkenntnisse können zu einem besseren Verständnis des Immunsystems beitragen, und sie könnten helfen, Strategien zu entwickeln das Immunsystem im Rahmen von Autoimmunerkrankungen zu modulieren.

Die Arbeitsgruppe um Dr. Christa Pfeifhofer-Obermair an der Sektion für Zellgenetik (Department für Medizinische Genetik, Molekulare und Klinische Pharmakologie) unter der Leitung von Univ.-Prof. Gottfried Baier beschäftigt sich mit der fundamentalen Frage, wie das Immunsystem auf molekularer Ebene funktioniert. Insbesondere erforschen sie dabei das Molekülnetzwerk der Proteinkinase C (PKC) Familie, welches essentiell für die Signalweiterleitung von T-Lymphozyten ist. Nachdem ein T-Lymphozyt ein Fremdantigen erkannt hat, differenziert er - je nach Situation und umgebendem Gewebe - in unterschiedliche, hochspezialisierte Untergruppen, die erst die spezifische Immunabwehr des Organismus ermöglichen. Man unterscheidet heute zwischen iTreg, Th1, Th2, Th9 und Th17 Untergruppen, wobei letztere durch die Produktion des entzündungsfördernden Zytokins IL-17 charakterisiert sind. IL-17 spielt bei der adaptiven Immunabwehr von Bakterien, Pilzen und Parasiten, aber auch - im Krankheitsfall - bei Autoimmunität eine wesentliche Rolle. Das Zytokin TGFß ist essentiell für eine Th17 Zelldifferenzierung. Deswegen steht der membranständige TGFß Rezeptor unter der strengen Kontrolle von regulatorischer Phosphorylierung, einem wichtigen Mechanismus bei der Regulation von Proteinaktivitäten und Signaltransduktions-Prozessen. Der TGFß-Signalweg kann so erst durch die Bindung von TGFß an den TGFTyp-II-Rezeptor (TGFßRII) ausgelöst werden. Darauf erfolgt die Rekrutierung des TGFTyp-I-Rezeptors (TGFßRI) in den Komplex und die Phosphorylierung von TGFßRI durch TGFßRII. Als unmittelbare Konsequenz dieser Aktivierung werden die rezeptor-assoziierten Transkriptionsfaktoren SMAD2 und SMAD3 phosphoryliert, was die Signaltransduktion in den Kern und die Transkriptionsregulation kritischer Zielgene wie etwa IL-17 durch TGFß bewirkt. Die in Th17 Zellen spezifisch hochregulierte Protein Kinase C alpha (PKC?) agiert dabei als sogenannte Priming kinase, um die Funktion des TGFßRI effizient und schnell zu aktivieren. Dieser von den ForscherInnen identifizierte Phosphorylierungsschalter in T-Lymphozyten bietet die Möglichkeit je nach exogenen Einflüssen streng zwischen Immuntoleranz oder produktiver Immunabwehr zu entscheiden. Die alleinige Hemmung von PKC? durch Gen-Knockout bzw. durch Wirkstoffe mit PKC?-hemmender Wirkung blockiert den TGFßR/SMAD Signalweg in Th17 Zellen und führt im Tiermodell zu einem deutlichen Schutz vor akuten und chronischen Autoimmunreaktionen. Auch in Studien anderer Arbeitsgruppen zu Multipler Sklerose konnten kürzlich genetische Varianten der PKC? mit dieser Krankheit assoziiert werden. Diese Arbeiten bestätigen unabhängig die von der Gruppe um Dr. Pfeifhofer-Obermair postulierte Schlüsselrolle von PKC? in der Entwicklung dieser Krankheit beim Menschen, und lässt nun erstmals verstehen, wie genau der Immunangriff auf Gehirn und Rückenmark bei dieser Autoimmunerkrankung ausgelöst wird. Die Verflechtung von PKC? mit diesen immune- pathophysiologischen Zuständen macht diese Kinase auch zu einem interessanten Zielprotein für die Wirkstoffentwicklung.