Aktuelle Themen Ein neuer Pfad der Immunaktivierung

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087_090_imi_akt.qxd 14.05.2004 9:37 Uhr Seite 88 100 A 100 tumorfreie Mäuse (%) 50 A20-niedrig A20-niedrig + NK-Zell-Depletion tumorfreie Mäuse (%) 50 Immunisierung am Tag-100 A20-niedrig 10 6 Zellen A20-niedrig 10 5 Zellen Kontrolle ohne Immunisierung 0 0 50 100 150 200 250 300 Tage nach Tumorgabe Abb. 1.: NK-Zell-abhängige Abstoßung von Tumorzellen mit reduzierter MHC-I-Expression. A20-Lymphomzellen wurden mit Genen des Zytomegalie-Virus transfiziert. Immunkompetente Mäuse stoßen die Tumorvariante (A20-niedrig) ab; dieser Effekt lässt sich über eine durch Antikörper vermittelte Depletion von NK-Zellen aufheben. Angriff, indem sie zum Beispiel die MHC-I- Moleküle auf ihrer Oberfläche herabregulieren, also in der Anzahl vermindern. Dies bewirken bestimmte Genprodukte, die im Genom von Viren kodiert sind. Fremdantigene werden daher nur noch unzureichend präsentiert. Andererseits ist die Herabregulation von MHC-I-Molekülen ein „Gefahrensignal“, das zur Aktivierung von NK-Zellen führt. Diese können mit Hilfe von Oberflächenrezeptoren fehlendes MHC-I entdecken und die Zielzelle zerstören. Trotz der Suppression des MHC-I kommt es im Verlauf von Virusinfektionen dennoch zu spezifischen, protektiven T-Zell-Reaktionen. Welcher Mechanismus dem zugrunde liegt, war bislang unbekannt. Die NK-Zell-abhängige Tumorabstoßung induziert eine zytotoxische T-Zell-Antwort und ein immunologisches Gedächtnis Uns ist es gelungen, diesen Mechanismus und damit ein neues Bindeglied zwischen angeborener und erworbener Immunantwort aufzudecken. Tumorzellen der Maus wurden mit Genen des Zytomegalie-Virus transfiziert, was sie zu einer selektiven Herabregulation von MHC-I veranlasst. Wie erwartet, lysierten spezifische ZTL diese gentechnisch modifizierten Tumorzellen mit B tumorfreie Mäuse (%) 100 0 0 50 100 150 200 50 Tage nach Tumorgabe A20-niedrig A20-niedrig + CD8-T-Zell-Depletion A20-niedrig + NK-Zell-Depletion 0 0 50 100 150 200 Tage nach Tumorgabe Abb. 2.: Induktion zytotoxischer T-Lymphozyten durch A20-Lymphomzellen mit reduzierter MHC-I- Expression. (A) Die über NK-Zellen vermittelte Abstoßung der A20-niedrig-Zellen induziert ein immunologisches Gedächtnis. Mäuse wurden mit 10 6 oder 10 5 A20-niedrig-Zellen immunisiert und erhielten 100 Tage später eine letale Dosis Wildtyp-Tumorzellen. (B) Für die Abstoßung des A20- niedrig-Tumors sind nicht nur NK-Zellen nötig, sondern auch CD8-positive T-Lymphozyten. Die angegebenen Zellpopulationen wurden in vivo mit Hilfe monoklonaler Antikörper drei Tage vor der Injektion von 10 6 A20-niedrig-Zellen depletiert. wenig MHC-I (MHC-I-niedrig-Zellen) in vitro mit geringerer Effizienz als die parentalen, nicht transfizierten Zellen. Wenn die Tumorvarianten jedoch in Mäuse injiziert wurden, kam es erwartungsgemäß zur Abstoßung durch NK-Zellen, während die parentalen Zellen in 100 Prozent der Tiere Tumoren bildeten. Wurde ein Antikörper verabreicht, der die NK-Zellen beseitigt (depletiert), wuchsen die Tumorvarianten ebenso schnell wie die Wildtypzellen, so dass die Tiere nach durchschnittlich 40 Tagen getötet werden mussten (Abb. 1). Überraschend war der Befund, dass die Mäuse nach der durch NK-Zellen vermittelten Tumorabstoßung ein T-Zell-abhängiges Gedächtnis erworben haben. Erhielten sie 88 GSF
087_090_imi_akt.qxd 14.05.2004 9:37 Uhr Seite 89 nämlich 100 Tage nach der Gabe der MHC-Iniedrig-Zellen eine letale Dosis von Wildtyp- Tumorzellen, so wurden diese ebenfalls abgestoßen. Das Ausmaß der Protektion hing dabei eindeutig von der Zahl der bei der ersten „Immunisierung“ verwendeten MHC- I-niedrig-Zellen ab: 10 6 Zellen vermochten ein potentes immunologisches Gedächtnis zu induzieren, 10 5 Zellen waren dagegen hierzu nicht in der Lage (Abb. 2A). Wurden die T-Lymphozyten mittels spezifischer Antikörper drei Tage vor Verabreichung der Wildtyp-Tumorzellen unterdrückt, ging das Gedächtnis vollständig verloren. Weiterhin zeigte sich, dass bereits bei der primären Abstoßung der MHC-I-niedrig-Zellen zytotoxische T-Lymphozyten eine wichtige Rolle spielen: Nicht nur die Depletion von NK- Zellen verhinderte die Abstoßung (Abb. 1 und 2B), sondern auch die Gabe von Antikörpern, die die ZTL selektiv eliminierten (Abb. 2B). Die Induktion spezifischer ZTL scheint also sehr rasch zu erfolgen. Bindeglied: Dendritische Zellen Um diesen unerwarteten Befund zu erklären, wurde die Hypothese aufgestellt, dass dendritische Zellen (DZ) ein direktes Bindeglied zwischen dem angeborenen schnellen und dem adaptiven spezifischen Teil der Immunabwehr sind. NK-Zellen, die MHC-Iniedrig-Zellen erkennen und lysieren, werden aktiviert und sezernieren Interferon-γ (IFN-γ). Dieses führt zur Aktivierung von DZ, die wiederum durch Sekretion von Interleukin-12 (IL-12) und durch Präsentation der von den Tumorzellen übernommenen Antigene spezifische zytotoxische T-Lymphozyten induzieren. Um diese Hypothese zu überprüfen, wurden Mäuse mit MHC-Iniedrig-Zellen behandelt und ihre Milzen zu unterschiedlichen Zeitpunkten isoliert. NK- Zellen, DZ und T-Lymphozyten wurden aus den Milzen mittels präparativer Durchflusszytometrie angereichert und hinsichtlich der Expression ausgewählter Zytokine analysiert (Abb. 3). In NK-Zellen war vier Stunden nach Injektion von MHC-I-niedrig-Zellen eine deutliche IFN-γ-Expression nachweisbar, nicht jedoch in den anderen Zellarten oder nach Injektion von Wildtyp-Tumorzellen. Ein A20-niedrig A20-niedrig + anti-IFN-γ A In-vivo-Behandlung A20 0 B In-vivo-Behandlung A20 A20-niedrig A20-niedrig + anti-IFN-γ DZ NK nicht-NK 60 120 Anstieg IFN-γ-Expression DZ NK nicht-DZ 0 300 600 900 C In-vivo-Behandlung A20 A20-niedrig A20-niedrig + anti-IFN-γ Anstieg IL-12p40-Expression CD3 + CD8 + 0 60 120 Anstieg IFN-γ-Expression Abb. 3.: Aktivierung von NK-Zellen, DZ und T- Lymphozyten als Folge der Injektion von A20- Lymphomzellen mit reduzierter MHC-I-Expression. Vier Stunden (A,B) oder vier Tage (C) nach Verabreichung von A20-niedrig- bzw. A20-Wildtyp-Zellen wurden die angegebenen Zellpopulationen separiert, um mittels RT-PCR die Expression von IFN-γ (A,C) bzw. IL-12 (B) zu bestimmen. Die Ergebnisse wurden auf Proteinebene bestätigt. Einzelheiten sind im Text erklärt. in vivo gegebener IFN-γ-neutralisierender Antikörper konnte die IFN-γ-Expression nicht aufheben (Abb. 3A). Zum selben Zeitpunkt trat in DZ, nicht jedoch in den anderen Zellpopulationen, eine Hochregulation der IL-12-Expression auf, die sich durch Neutralisierung des von den NK-Zellen sezernierten IFN-γ rückgängig machen ließ (Abb. 3B). Vier Tage später war die IFN-γ-Expression in den NK-Zellen wieder auf Hintergrundniveau zurückgegangen, jedoch zeigte sich nun eine Aktivierung der T-Zellen. Auch diesen Aktuelle Themen GSF 89
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