Forschungsbericht
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LABORATORIUMSMEDIZIN Institut für Immunologie Direktor: Prof. Dr. Reinhold Förster Tel.: 0511/532-9721 • E-Mail: [email protected] • www: http://www99.mh-hannover.de/ institute/immunologie/ Forschungsprofil Das Immunsystem ist ein den gesamten Organismus durchziehendes Netzwerk, das Informationen über die momentane Präsenz eigener, harmloser und pathogener Bestandteile im Körper sammelt, bewertet und entsprechend darauf reagiert. In den allermeisten Fällen bedeutet dies Toleranzinduktion und nur im Falle pathogener Belastung wird eine angeborene oder adaptive Immunantwort in die Wege geleitet. Diese Aufgabe wird durch immunkompetente Zellen und Gewebe erfüllt, wobei der notwendige Informationsfluss und die Konsequenzen daraus durch gesteuerte Migration/Zirkulation bzw. Kommunikation der daran beteiligten Zellen gewährleistet wird. Dies sowie die Entstehung der lymphatischen Strukturen/Organe wird zu einem erheblichen Anteil durch das Chemokin/Rezeptorsystem gesteuert. Das Institut für Immunologie, das 2002 seinen Betrieb aufgenommen hat, verfolgt mit seinen Projekten daher das Ziel, zu einem besseren Verständnis des Immunsystems vor dem Hintergrund dieser dynamischen, maßgeblich von den Chemokin/Rezeptorsystem gesteuerten Vorgänge zu gelangen. Dies umfasst Prozesse der zellulären Differenzierung, Aktivierung/Suppression, sowie Adhäsion/Kommunikation, welche in vitro, vor allem aber in vivo an Mausmodellen studiert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse werden am Institut auch in ihrer praktischen Bedeutung verwertet, da sie Wege aufzeigen sollen, wie zum Beispiel Abstoßungsreaktionen transplantierten Gewebes gezielt vermieden werden könnten. Zeitgleich zum Umzug des Institutes ins TPFZ sind zwei selbstständige Nachwuchsgruppen etabliert worden, die sich mit der Thematik der Funktion des Sphingosin-1-phosphats und seiner Rezeptoren (Dr. Markus Gräler) bzw. der mukosalen Immunität und Toleranz gegen Darmbakterien (Dr. Dirk Bumann) beschäftigen. Eine weitere Nachwuchsgruppe (Dr. A. Krüger) hat Mitte des Jahres 2007 ihre Arbeit aufgenommen und hat die Aufklärung der Wege zum Ziel, die T-Zellentwicklung aus Stammzellen determinieren. Ausgewähltes Forschungsprojekt Regulatorische T-Zellen interagieren mit der Entwicklung von Bronchus-assoziiertem lymphatischen Gewebe Die Schleimhautoberflächen des Körpers bilden die Nahtstellen des Organismus zur Außenwelt, über die dieser Stoffe - feste und flüssige ebenso wie Gase - mit der Umwelt austauscht. Aufgrund dieser physiologischen Funktionen stellen sie dünne und durchlässige Barrieren auf dem Weg ins Körperinnere Forschungsbericht 2007 617 LABORATORIUMSMEDIZIN dar, über die auch die überwiegende Mehrheit der pathogenen wie nicht pathogenen Erreger in den Körper gelangt. Deswegen kommt dem mucosa-assoziiertem lymphatischen Gewebe (engl.: mucosa associated lymphoid tissue, MALT) eine besonders tragende Rolle bei der Immunreaktivität des Organismus zu. Das MALT besteht aus einem Netzwerk lymphoider Gewebe, die sehr heterogen im Aufbau sein können, jedoch die klassischen Bestandteile wie retikuläres Gewebe, DC, T- und B- Zellbereiche zeigen. Man schätzt, dass das gesamte MALT ebenso viele Lymphozyten enthält wie der übrige Körper. MALT lässt sich in vier größere Kompartimente einteilen: das Darm-assoziierte lymphatische Gewebe (engl.: gut associated lymphoid tissue, GALT), das Bronchien-assoziierte lymphatische Gewebe (engl.: bronchus associated lymphoid tissue, BALT), das nasal-assoziierte lymphatische Gewebe (engl.: nasal associated lymphoid tissue, NALT) und das vaginal-assoziiertes lymphatische Gewebe (engl.: vulvovaginal associated lymphoid tissue, VALT). Während das GALT relativ gut untersucht ist, gibt es nur wenige Publikationen zu Aufbau und Entwicklung des BALT und NALT. Abb. 1: Histologische Übersicht von Lungen aus wildtyp oder CCR7- defizienten Mäusen. (A): Cryoschnitte erwachsener Lungen von 6-8 Wochen alten wildtyp oder CCR7- defizienten Tieren wurden mit Hämatoxilin und Eosin gefärbt. BALT in CCR7- defizienten Mäusen ist durch die Ansammlung lymphoider Zellaggregate charakterisiert, die sich in Follikel-artigen Strukturen darstellen. Der Maßstabsbalken entspricht einer Größe von 300 µm. (B): Cryoschnitte von Lungen aus 6-8 Wochen alten CCR7- defizienten Tieren wurden immunhistologisch mit Antikörpern angefärbt. BALT in CCR7- defizienten Mäusen zeigt sich als organisierte Struktur mit einem B- Zellfollikel (B220+) und umschließender T- Zellzone (CD3+) einschließlich HEV (Meca 79+). Es ist von lymphatischem Endothel durchzogen (Lyve-1+) und exprimiert den CCR7- Liganden CCL21. In diesem Forschungsprojekt konnten wir zeigen, dass Mäuse, denen der Chemokinrezeptor CCR7 fehlt, spontan organisiertes BALT entwickeln, welches bei Wildtyp-Tieren nicht zu finden ist (Abb. 1). Da BALT auch bei keimfreien CCR7-Mutanten auftritt, lässt sich ausschließen, dass die Strukturen durch pathogene Keime aus der Umgebung induziert werden. Histologische Untersuchungen an neugeborenen Tieren zeigen, dass BALT sich erst postnatal entwickelt. An Tag 4 sind in CCR7-defizienten, jedoch 618 Forschungsbericht 2007 LABORATORIUMSMEDIZIN nicht in Wildtyp-Tieren, Cluster von VCAM+- und ICAM+- Zellen zu finden, gefolgt von BALT an Tag 5. Aus Versuchen mit Knochenmarkchimären konnten wir Rückschlüsse über die Art der beteiligten Zellpopulation ziehen: BALT ließ sich immer in 100% Chimären induzieren (100% CCR7-defizientes Knochenmark transferiert in Wildtyp-Tiere), nicht jedoch in 50% Chimären (50% wildtyp und 50% CCR7- defizientes Knochenmark transferiert in Wildtyp-Tiere). Daraus kann man folgern, dass es sich zum einen um Zellen hämatopoetischen Ursprungs handelt, welche das BALT konstituieren, zum anderen, dass in CCR7- defizienten Tieren eine BALT supprimierende /regulatorische Zellpopulation hematopoietischen Ursprungs fehlt. Eine weitergehende Analyse verschiedener Organe zeigte, dass in CCR7-defizienten Tieren die Zahl an regulatorischen T- Zellen in allen Haut-drainierenden Lymphknoten um über 90% reduziert sind. Diese drastische Verminderung war auch im Lungen-drainierenden bronchialen Lymphknoten zu beobachten, nicht jedoch in der Lunge selbst (Abb. 2A). CCR7 spielt also eine entscheidende Rolle Abb. 2: Verteilung von regulatorischen T- Zellen in Lungen und bronchialen Lymphknoten von wildtyp und CCR7- defizienten Mäusen. (A): Leukozyten wurden aus Lungen und bronchialen Lymphknoten von 6-8 Wochen alten wildtyp und CCR7- defizienten Mäusen isoliert und mit Antikörpern gegen CD4 und CD25 gefärbt. Weiße Säulen zeigen Zellzahlen in wildtyp Mäusen, schwarze in CCR7- defizienten Mäusen. (B): CD4+CD25+ Zellen des bronchialen Lymphknotens von wildtyp und CCR7- defizienten Mäusen wurden weiter auf ihre Expression von CD62L (L- Selektin) und FoxP3 charakterisiert. bei der Einwanderung von regulatorischen T- Zellen in den Lymphknoten. Die weitere Untersuchung dieser Zellen zeigte, dass im wildtyp-bronchialen Lymphknoten mehr als 50% der regulatorischen T- Zellen L- Selectin+ sind. Diese Population fehlte jedoch in den Lymphknoten der CCR7- defizienten Tiere praktisch ganz (Abb. 2B). Ein Zusammenhang zwischen regulatorischen T- Zellen und BALT An-/Abwesenheit konnte durch adoptive Transfers demonstriert werden: Werden Wildtyp-Regulatoren in CCR7-defiziente Tiere injiziert, lässt sich die Anzahl der BALT-Strukturen signifikant reduzieren. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn die Zellen aus CCR7-Mutanten stammen. Durch weitere adoptive Transfers konnte die Annahme be- Forschungsbericht 2007 619 LABORATORIUMSMEDIZIN stätigt werden, dass CCR7-defiziente regulatorische T-Zellen nur sehr eingeschränkt in Lymphknoten einwandern können. Daraus ergibt sich die Konsequenz, dass CCR7-defiziente Regulatoren in vivo nicht in der Lage sind, die ihnen zugedachte Rolle zu erfüllen, obwohl in vitro-Daten belegen, dass sie funktionell intakt sind und keinen intrinsischen Defekt aufweisen. Zusammenfassend lässt sich dies dahingehend interpretieren, dass regulatorische T-Zellen bei der Entwicklung von BALT eine wichtige Rolle spielen und dass im Falle von CCR7-Defizienz regulatorische T-Zellen diese Rolle aufgrund migratorischer Defekte nicht ausüben können. Projektleiter: Prof. R. Förster; Förderung: SFB 587; Weitere Informationen in: Kocks et al., Journal of Experimental Medicine. Weitere Forschungsprojekte Die Rolle von homeostatischen Chemokinrezeptoren für die mukosale Immunität der Lunge Projektleiter: R. Förster; Förderung: SFB587-B3 Die Raum-Zeit-Verteilung regulatorischer T-Zellen bei der chronischen Organabstoßungsreaktion Projektleiter: R. Förster; Förderung: SFB738-B5 Migrations- und Interaktionsverhalten plasmazytoider dendritischer Zellen Projektleiter: T. Worbs/R. Förster; Förderung: HiLF-Programm der MHH Der Einfluss von Sphingosin-1-phosphat und seines Analogen FTY720 auf die Reifung und Migration von dendritischen Zellen Projektleiter: R.Förster/G. Bernhardt; Förderung: SFB566-A14 Funktionelle Bedeutung von CD155 und ihm verwandter Rezeptoren in immunologischen und entwicklungsbiologischen Prozessen Projektleiter: G. Bernhardt; Förderung: DFG-Einzelverfahren, Georg Christoph Lichtenberg-Stipendium des MWK Niedersachsen Der Einfluss von Sphingosin-1-Phosphat auf die Steuerung von Komponenten der Lymphozytenmigration bei physiologischer und autoreaktiver Immunantwort Projektleiter: O. Pabst/R. Förster; Förderung: SFB 566-A14 Die Entstehung oraler Toleranz Projektleiter: R. Förster/O. Pabst; Förderung: SFB 621-A1, Georg Christoph Lichtenberg-Stipendium des MWK Niedersachsen 620 Forschungsbericht 2007 LABORATORIUMSMEDIZIN Struktur, Organogenese und Funktion von „solitary intestinal lymphoid tissue“ Projektleiter: Oliver Pabst; Förderung: SFB621-A11 Mechanismen der Dissemination von Salmonellen Projektleiter: Pabst/Förster; Förderung: IRTG 1273 Aufklärung der Funktion von CXCR5 positiven TFH-Zellen in den Peyer´schen Platten der Maus bei physiologischen Immunreaktionen und Toleranz Projektleiter: Hardtke; Förderung: DFG-Einzelverfahren Rolle des Chemokinrezeptors CCR7 in der intrathymischen T-Zell-Entwicklung Projektleiter: A. Misslitz/R. Förster Die Bedeutung von CCR7 für die Etablierung zentraler Toleranz im Thymus und ihr Zusammenhang mit der Prädisposition für Autoimmunerkrankungen Projektleiter: A. Misslitz/R. Förster Untersuchungen zur Tauglichkeit modifizierter Vakziniavirus-Vektoren in der Induktion einer zytotoxischen T-Zellantwort in den Atmungswegen Projektleiter: H. Dujardin/R. Förster Migration und Funktion von intraepithelialen T-Zellen Projektleiter: Immo Prinz; Förderung: European Reintegration Grant Analyse der Motilität von T-Zellen in Epithelien und lymphatischen Organen Projektleiter: Immo Prinz Untersuchungen zum Beitrag der T-Zellen zu Th17 Immunreaktion Projektleiter: Immo Prinz; Förderung: Georg Christoph Lichtenberg-Stipendium des MWK Niedersachsen Untersuchungen zur Effizienz früher T-Zellvorläufer Projektleiter: A. Krüger: Förderung: Emmy Noether-Programm der DFG Determinanten der T-Zell-Spezifikation von hematopoietischen Vorläuferzellen Projektleiter: A. Krüger/R. Förster; Förderung im Rahmen des DFG-Exzellenzclusters „Rebirth“ Die Rolle von Adaptorproteinen in der Signaltransduktion des prä-T-Zellrezeptors und der beta-Selektion im Thymus Projektleiter: A. Krüger Forschungsbericht 2007 621 LABORATORIUMSMEDIZIN Untersuchungen zur T-Zell-Wanderung in der intestinalen Graft-versus-Host Erkrankung nach allogener hämatopoietischer Stammzelltransplantation im Mausmodell Projektleiter: Ch. Könecke; Förderung: DFG-Einzelstipendium Immunität gegen kommensale und pathogene Darmbakterien Projektleiter: D. Bumann; Förderung: SFB621-A9; Nachwuchsgruppe im SFB Molekulare Mechanismen der Salmonellen-Persistenz Projektleiter: D. Bumann; Förderung: DFG In vivo Persistenzmechanismen von Pseudomonaden Projektleiter: D. Bumann; Förderung: DFG Bacillus-Biosensoren zur antimikrobiellen Wirkstoffsuche Projektleiter: D. Bumann; Förderung: Georg Christoph Lichtenberg-Stipendium des MWK Niedersachsen Untersuchung der funktionellen Bedeutung von Sphingosin 1-Phosphat und dessen Rezeptor S1P1 für die Aktivierung und Wanderung von Lymphozyten. Projektleiter: M. H. Gräler; Förderung: Emmy Noether-Programm der DFG Identifizierung neuer Zielmoleküle für die immuntherapeutische Manipulation von Sphingosin-1-phosphat in Blut und lymphatischen Geweben. Projektleiter: M. H. Gräler; Förderung: DFG-Schwerpunktprogramm 1267 „Sphingolipide - Signale und Krankheit“ Originalpublikationen Berberich S, Forster R, Pabst O. The peritoneal micromilieu commits B cells to home to body cavities and the small intestine. Blood 2007;109(11):4627-34. positioning of dendritic cells within the spleen. J Immunol 2007;179(9):5855-63. Bumann D, Valdivia RH. Identification of host-induced pathogen genes by differential fluorescence induction reporter systems. Nat Protoc 2007;2(4):770-7. Davalos-Misslitz AC, Worbs T, Willenzon S, Bernhardt G, Forster R. Impaired responsiveness to T-cell receptor stimulation and defective negative selection of thymocytes in CCR7-deficient mice. Blood 2007;110(13):4351-9. Czeloth N, Schippers A, Wagner N, Muller W, Kuster B, Bernhardt G, Forster R. Sphingosine-1 phosphate signaling regulates Davalos-Misslitz AC, Rieckenberg J, Willenzon S, Worbs T, Kremmer E, Bernhardt G, Forster R. Generalized multi-organ autoim- 622 Forschungsbericht 2007 LABORATORIUMSMEDIZIN munity in CCR7-deficient mice. Eur J Immunol 2007;37(3):613-22. del Rio ML, Pabst O, Ramirez P, PenuelasRivas G, Forster R, Rodriguez-Barbosa JI. The thymus is required for the ability of FTY720 to prolong skin allograft survival across different histocompatibility MHC barriers. Transpl Int 2007;20(10):895-903. del Rio ML, Rodriguez-Barbosa JI, Kremmer E, Forster R. CD103- and CD103+ bronchial lymph node dendritic cells are specialized in presenting and cross-presenting innocuous antigen to CD4+ and CD8+ T cells. J Immunol 2007;178(11):6861-6. Halle S, Bumann D, Herbrand H, Willer Y, Dahne S, Forster R, Pabst O. 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Forschungsbericht 2007 Lahmann I, Fabienke M, Henneberg B, Pabst O, Vauti F, Minge D, Illenberger S, Jockusch BM, Korte M, Arnold HH. The hnRNP and cytoskeletal protein raver1 contributes to synaptic plasticity. Exp Cell Res 2007. Liao JJ, Huang MC, Graler M, Huang Y, Qiu H, Goetzl EJ. Distinctive T cell-suppressive signals from nuclearized type 1 sphingosine 1-phosphate G protein-coupled receptors. J Biol Chem 2007;282(3):1964-72. Maier MK, Seth S, Czeloth N, Qiu Q, Ravens I, Kremmer E, Ebel M, Muller W, Pabst O, Forster R, Bernhardt G. The adhesion receptor CD155 determines the magnitude of humoral immune responses against orally ingested antigens. Eur J Immunol 2007;37(8):2214-25. Scandella E, Fink K, Junt T, Senn BM, Lattmann E, Forster R, Hengartner H, Ludewig B. Dendritic cell-independent B cell activation during acute virus infection: a role for early CCR7driven B-T helper cell collaboration. J Immunol 2007;178(3):1468-76. 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CCR9 is a homing receptor for plasmacytoid dendritic cells to the small intestine. Proc Natl Acad Sci U S A 2007;104(15):6347-52. Worbs T, Mempel TR, Bolter J, von Andrian UH, Forster R. CCR7 ligands stimulate the intranodal motility of T lymphocytes in vivo. J Exp Med 2007;204(3):489-95. Promotionen Tim Worbs (Dr. rer. nat.): Chemokine receptor CCR7 contributes to intranodal T cell motility and functional organization of the intestinal immune system. Simon Berberich (Dr. rer. nat.): Dynamic expression of chemokine receptors and integrins regulate B cell migration between the peritoneal cavity and the periphery. Michael Klaus Maier (Dr. rer. nat.): Studien zur Funktion von murinem CD155 bei der Migration von Leukozyten und der Entstehung einer humoralen Immunantwort. Diplome Ziegler E, Oberbarnscheidt M, Bulfone-Paus S, Forster R, Kunzendorf U, Krautwald S. CCR7 signaling inhibits T cell proliferation. J Immunol 2007;179(10):6485-93. Benjamin Wahl (Dipl. Biochem.): Charakterisierung eosinophiler Granulozyten aus Dünndarm und Lunge der Maus: Bestimmung der Expression von Rezeptorketten, die mit der gemeinsamen g-Kette assoziieren, mittels Real-time-PCR. Übersichtsarbeiten Wissenschaftspreise Pabst O, Bernhardt G, Forster R. The impact of cell-bound antigen transport on mucosal tolerance induction. J Leukoc Biol 2007;82(4):795-800. Tim Worbs (Dr. rer. nat.): Otto-Westphal Ph.D. Preis 2007, vergeben von der Deutschen Gesellschaft für Immunologie (DgfI) für seine Promotionsarbeit: Chemokine receptor CCR7 contributes to intranodal T cell motility and functional organization of the intestinal immune system. Worbs T, Forster R. A key role for CCR7 in establishing central and peripheral tolerance. Trends Immunol 2007;28(6):274-80. Abstracts 2007 wurden insgesamt 35 Abstracts publiziert. Habilitationen Oliver Pabst (PD Dr.): Funktionelle Organisation des intestinalen Immunsystems. 624 Tim Worbs (Dr. rer. nat.): Wilhelm-Hirte-Promotionspreis des Zentrums für Infektionsbiologie (ZIB) für seine Promotionsarbeit: Chemokine receptor CCR7 contributes to intranodal T cell motility and functional organization of the intestinal immune system. Stipendiaten Nadja Bakocevic: Wilhelm Hirte Stipendium Forschungsbericht 2007 LABORATORIUMSMEDIZIN Sabrina Dähne: Stipendium im Rahmen des IRTG 1273. Swantje Hammerschmidt: Georg Christoph Lichtenberg Stipendium. Christian Könecke: Forschungsstipendium der DFG. Georgios-Leandros Moschovakis: Stipendium im Rahmen der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder, HBRS. Oliver Pabst (PD Dr. rer. nat.): Gutachter für DFG-Einzelverfahren; Gutachtertätigkeit für die Zeitschriften Journal of Immunology, FEBS letters, European Journal of Immunology. Markus Graeler (Dr. rer. nat.): Gutachter für DFG und das Irish Health Research Board; Gutachtertätigkeit für die Zeitschriften: Carcinogenesis, European Journal of Immunology, Genomics, International Immunology, Trends in Molecular Medicine, Mini-Reviews in Medicinal Chemistry. Quan Qiu: Wilhelm Hirte Stipendium. Anchana Rathinasamy: Georg Christoph Lichtenberg Stipendium. Usriansyah: Stipendium im Rahmen des MD/PhDProgrammes Molecular Medicine/HBRS. Benjamin Wahl: Georg Christoph Lichtenberg Stipendium. Xiang Yue Zhang: Stipendium im Rahmen des MD/PhD-Programmes Molecular Medicine/ HBRS. Weitere Tätigkeiten in der Forschung R. Förster (Prof. Dr. med. vet.): Mitglied im Beirat der Deutschen Gesellschaft für Immunologie; Sprecher des Sonderforschungsbereiches 621; Programmbeauftragter des internationalen PhDStudienganges „Infection biology“; Gutachter der DFG, des BMBF, der Leibnizgesellschaft, des Austrian Science Funds und der GermanIsraeli-Foundation. Gutachtertätigkeit für die Zeitschriften der Nature-Gruppe, Immunity, Journal of Experimental Medicine, Journal of Immunology, European Journal of Immunology, International Journal of Cancer, Journal of Clinical Investigation, Blood u.a. Dirk Bumann (Dr. rer. nat.): Gutachter für DFG und Welcome Trust. Forschungsbericht 2007 625
