Wissenschaftlicher Ergebnisbericht - Helmholtz-Zentrum für ...

96 WISSENSCHAFTLICHER ERGEBNISBERICHT | Infektion und Immunität | Entzündung und Immunität
03.5 Zelltodmechanismen im Immunsystem
PROJEKTLEITER | Prof. Dr. Ingo Schmitz | Arbeitsgruppe System-orientierte Immunologie und Entzündungs -
forschung | isc09@helmholtz-hzi.de
PROJEKTMITARBEITER | Michaela Annemann | Frida Ewald | Ralf Höcker | Dr. Yvonne Rauter | Marc Schuster | Tanja Telieps
Formen des Zelltodes Im Laufe der EvoIution haben multizelluläre
Organismen verschiedene Zelltodmechanismen
entwickelt. Sie können je nach Stimulus und Zelltyp induziert
werden und erlauben Feinabstimmungen der Zellantwort
auf externe Umwelteinfl üsse. So ist die Nekrose durch ein
starkes Anschwellen der Zelle gekennzeichnet. Die Zelle
platzt und intrazelluläre Bestandteile werden in das umliegende
Milieu freigesetzt. Diese induzieren die Aktivierung
von Immunzellen und lösen so eine proinfl ammmatorische
Immunantwort aus. Im Gegensatz zur Nekrose wird bei der
Apoptose die Integrität der Plasmamembran der absterbenden
Zelle gewahrt und so eine Freisetzung intrazellulärer
Bestandteile und damit eine Überaktivierung des Immunsystems
verhindert. Apoptose spielt eine wichtige Rolle beim
Wechselspiel zwischen Pathogenen und der Wirtszelle. Zum
Beispiel töten Immunzellen infi zierte Gewebszellen durch
Der intrinsische Signalweg kann durch verschiedene Stimuli, wie
zum Beispiel UV-Bestrahlung oder den Entzug von Wachstumsfaktoren,
ausgelöst werden. Pro-apoptotische BH3-only Proteine
werden daraufhin aktiviert und können antiapoptotische Bcl-2
Proteine inhibieren. Dies führt zu einer Bak/Bax-vermittelten
Porenbildung in der äußeren Mitochondrienmembran, so dass
apoptogene Faktoren wie z.B. Cytochrom c aus dem mitochondrialen
Intermembranraum freigesetzt werden. Letzteres induziert
durch seine Bindung an monomeres Apaf-1 die Bildung eines
heptameren Multiproteinkomplexes, dem Apoptosom, über
das Caspase-9 aktiviert werden kann. Aktive Caspase-9 kann
nun ihrerseits Caspase-3 proteolytisch aktivieren. Durch die
anschließend massive Spaltung zellulärer Todessubstrate wird
letztendlich der Tod der Zelle ausgelöst. Der extrinsische Apoptose-Signalweg
verläuft über die Aktivierung membranständiger
Todesrezeptoren. Bei Bindung des spezifi schen, trimeren Liganden
wird eine Oligomerisierung des Rezeptors und die Bildung
des DISCs, bestehend aus der zytoplasmatischen Domäne des
Todesrezeptors, dem Adapterprotein FADD sowie Procaspase-8
induziert. Diese kann direkt Caspase-3 oder über die Spaltung
des BH3-only Proteins Bid zu tBid den intrinsischen Signalweg
aktivieren. Die Aktivierung von Caspase-8 am DISC kann durch
c-FLIP Proteine inhibiert werden.
Apoptose ab, um eine weitere Vermehrung der Pathogene
zu unterbinden. Andererseits können bestimmte Viren und
Bakterien die Apoptose in der Wirtszelle unterbinden, um
ihr Überleben zu sichern. Deregulation von Apoptose ist eng
mit dem Auftreten verschiedener Erkrankungen assoziiert.
So sterben bei der viralen Hepatitis zu viele Zellen an Apoptose,
wohingegen in Tumorzellen die Apoptose inhibiert ist.
Signalwege der Apoptose Es wurden zwei Hauptsignalwege
der Apoptose beschrieben, der extrinsische und der
intrinsische Signalweg. Der intrinsische Weg involviert das
Mitochondrium und wird durch die Bcl-2-Familie reguliert.
Extrinsische Apoptose wird durch sogenannte Todesrezeptoren
ausgelöst, deren prototypischer Vertreter CD95 ist.
CD95 ist für eine Reihe von immunologischen Prozessen
wichtig, wie z.B. T-Zell-vermittelte Immunantworten, aber
auch bei der Tumorentstehung. Über die Signalmechanismen
der Apoptose bei akuten und chronischen Infektionen ist
wenig bekannt. Wir wollen diese mit Hilfe von verschiedenen
transgenen Mausmodellen und pharmakologischen Apoptose-Modulatoren
(z.B. Caspase-Inhibitoren) aufklären. Dabei
werden wir uns u.a. auf die FLICE-inhibitorischen Proteine
(FLIP) konzentrieren, die wichtige Regulatoren von Todesrezeptoren
sind. FLIP-Proteine wurden in Säugetierzellen
(zelluläre FLIP = c-FLIP) und in bestimmten γ-Herpesviren
(v-FLIP) identifi ziert. Wir konnten zeigen, dass die c-FLIP-
und v-FLIP-Proteine unterschiedliche biochemische Mechanismen
nutzen, um Apoptose zu inhibieren, obwohl sie
strukturell sehr ähnlich sind. Die funktionellen Konsequenzen
und therapeutischen Möglichkeiten dieser Unterschiede
sollen in Zukunft untersucht werden.
Autophagie Autophagie ist ein lysosomaler Abbaumechanismus
und essenziell für die zelluläre Homöostase, die
embryonale Entwicklung und Immunität. Einerseits können
intrazelluläre Pathogene über Autophagie eliminiert werden.
Andererseits nutzen bestimmte Pathogene die Autophagie
aus, um dem Immunsystem zu entkommen. Obwohl die
Funktion vieler molekularer Mediatoren der Autophagie
in den letzten Jahren aufgeklärt wurde, ist wenig über die
Signalmechanismen bekannt, die die Autophagie regulieren.
Wir haben vor kurzem einen neuen Regulationsmechanismus
entdeckt, der die Stresskinase p38 und Atg5 involviert, einen
essenziellen Autophagie-Mediator. In Zukunft wollen wir die
Rolle dieses Regulationsmechanismus beim Überleben von
Staphylococcus aureus in Säugetierzellen untersuchen.
Ueffi ng N, Keil E, Freund C, Kühne R, Schulze-Osthoff K, Schmitz I (2008) “Structural
and mutational analyses of c-FLIPR, the only murine short FLIP isoform, reveal requirements
for DISC recruitment”. Cell Death and Differ 15(4):773-82.
Ueffi ng N, Schuster M, Keil E, Schulze-Osthoff K, Schmitz I (2008) “Upregulation of
c-FLIPshort by NFAT contributes to apoptosis resistance of short-term activated T cells”.
Blood 112(3):690-8.