Chemokine
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Chemokine und zelluläre Migrationsmechanismen Stefan Krautwald Labor für Biomedizinische Forschung und Transplantation des Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Kiel Klinik für Nieren- und Hochdruckkrankheiten Direktor: Prof. Dr. Ulrich Kunzendorf Chemokine: • Definition: Chemotaktisch wirkende Zytokine • sehr geringe Sequenz-Homologie • Tertiärstruktur ist hoch konserviert • sezernierte Proteine von 70 - 125 AS Länge • zusammen sind ca. 50 verschiedene Chemokine beschrieben • sie fungieren chemo- oder haptotaktisch • ihre biologische Halbwertszeit liegt im Minutenbereich • sie binden u.a. an Glycosaminglycane auf Endothelzellen Glycosaminglycan-Bindung : CXCL8 CCL5 Mantovani et al., Nat. Rev. Immunol. 2006 Expression: • inflammatorisch: Ö induzierbar CCL2-CCL5, CCL11, CCL16, CXCL1-5 u.7-10, CX3CL1/2 • homöostatisch: Ö konstitutiv CCL17-CCL19, CCL21, CCL22, CXCL12, CXCL13 • Synthese erfolgt zelltyp- und organspezifisch • N-Terminus bestimmt die biologische Aktivität • funktionell aktiv im Bereich von 10-9 bis 10-4 M Beteiligung von Chemokinen: Entwicklung von Lymphorganen Metastasierung Entzüdung TH1/TH2-Differenzierung Chemokine Zell-Rekrutierung Angiogenese Wundheilung Migration von Leukozyten Klassifizierung der Chemokine: ChemokinFamilie „responding“ Leukozyten Population Beispiele CC Mononukleäre Zellen (B-, T-Zellen, DC), Eosinophile, Basophile, NK Zellen CCL2, CCL3, CCL4, CCL5, CCL11, CCL19 CXC mit ELR Domäne: Neutrophile CXCL5, CXCL8 ohne ELR Domäne: multiple Zelltypen CXCL9, CXCL10, CXCL12, CXCL13 CX3C Monozytes, NK Zellen CX3CL1 C T-Zellen, NK Zellen XCL1, XCL2 Struktur der Chemokin-Klassen: Kohidai and Csaba, Cytokine 1998 Chemokin/Rezeptor Familien: Liganden für den Rezeptor CXCR5 waren BCA-1 (human) bzw. BLC (murin): Ö CXCL13 IUIS/WHO Subcommittee on Chemokine Nomenclature, 2003 Eine besondere Art der Nomenklatur: ck beta 9 TCA-4 secondary lymphoid-tissue chemokine Exodus-2 6Ckine Ö CCL21 Chemokine und ihre Rezeptoren: Johnson et al., Trends Immunol. 2005 Funktionsanalysen: Ö Krankheistsmodelle • anfänglich: Rezeptor-Blockade = Therapie - CXCL8 (Neutrophile) - CCL2 (Monozyten) - CCL11 (Eosinophile) • Probleme: - Divergenz Maus-Modelle und human - kompensatorische Mechanismen - Komplexität des Chemokin-Systems Mechanismus der Migration: Johnson, et al., Biochem. Soc. Trans. 2004 Migration = Adhäsionskaskade: Luster, et al., Nat. Immunol. 2005 Frage nach der spezifischen Wirkung von Chemokinen: - überlappende Bindungsaffinität (CXCL6 bindet CXCR1 und CXCR2) - Chemokinrezeptoren sind nicht zellspezifisch (CCR7 auf DCs und Subtypen von T-Zellen exprimiert) - Chemokinrezeptoren sind promiskuitiv (CCR5 wird von CCL3, CCL4, CCL5 und CCL8 stimuliert) - Chemokine können rezeptor-abhängig agonistisch oder antagonistisch wirken Das System ist redundant: Proudfoot, Nat. Rev. Immunol. 2002 Chemokinrezeptoren: • gehören zur Klasse der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren • keine N-terminale Signalsequenz • Signaltransduktion über Phosphorylierung • Rezeptor-Klassifizierung erfolgt korrespondierend zu den Liganden in CR, CCR, CXCR und CX3CR (Ö Ausnahme: „silent“-Rezeptoren) • gegenwärtig sind 19 unterschiedliche ChemokinRezeptoren beschrieben Chemokinrezeptoren: Ö G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs mit 7-TM-Motiv) „silent“ Chemokin-Rezeptoren: • DARC (duffy), D6 (CCBP2) und CCX-CKR (CCRL1) • an DARC binden CC- als auch CXC-Chemokine mit ELR-Motiv Ö angiogen • gemeinsames Merkmal: konservierte Motife wie DRY fehlen Ö keine Signaltransduktion / Migration Mantovani et al., Nat. Rev. Immunol. 2006 Chemokin-induzierte Signaltransduktion: Thelen, Nat. Immunol. 2001 Mechanismus der Rezeptor-Internalisierung: 1. Clathrin-coated pits 2. Caveolin-vermittelt - CXCR2: t½ ~ 2 Minuten - CCR5: nach 60 Minuten zu 90 % recycelt Genetischer knockout als Therapie: Proudfoot, Nat. Rev. Immunol. 2002 Inhibierung durch Chemokine: Ö auch Funktion als Ko-Rezeptor (CCR5/CXCR4) Wells, et al., Trends Pharmacol. Sci. 2006 Ohne Chemokine kein T-Zell priming: • naive T-Zellen zirkulieren zwischen Blut und LNs • im Blutstrom verweilen sie ca. 30 Minuten Ö dann sind sie durchschnittlich 24 Stunden im LN • über HEVs gelangen T-Zellen (12 µm/min) in LN • Epitopwahrscheinlichkeit ist 1:106 -107 • T-Zell-APC Interaktion kann Stunden andauern • Kontakt des individuellen TCR und seines Liganden (Ag) erfolgt über wenige Sekunden Ohne Chemokine keine adaptive Immunantwort: Bachmann et al., Nat. Rev. Immunol. 2006 CCR7 und seine Liganden koordinieren die Lymphozyten-Migration: Lira, Nat. Immunol. 2005 Entschlüsselung des Netzwerks: • selektive Studien mit Antikörpern, modifizierten Chemokinen, transgenen und knockout Tieren • CXCR5 und CCR7 steuern die gerichtete Migration von hämatopoetischen Zellen in Lymphorgane (Ö gestörte Mikroarchitektur / Organisation einer Primärantwort) • plt/plt-Mäuse exprimieren kein CCL19 und kein CCL21-Ser Ö Phänotyp ähnelt CCR7-/• Infektion mit anschließender Analyse der Immunantwort (primär oder memory) Therapeutische Intervention: Johnson et al., Trends Immunol. 2005
