Immunologie: Immunregulation - Medizinische Fakultät Heidelberg

Aktuelles Forschungsprojekt der Arbeitsgruppe Immunregulation
Aktuelles Forschungsprojekt der Arbeitsgruppe
Immunregulation
Dr. med. M. Munder
Thema
Charakterisierung der antimikrobiellen und antiinflammatorischen Funktion der humanen
Granulozyten-Arginase.
Förderung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (MU 1547/3-1)
Graduiertenstipendium der Novartis-Stiftung für therapeutische Forschung
Nachlass Carlo Chiappini, Stiftungsvermögen der Universität Heidelberg
Zusammenfassung
In den letzten Jahren zeigte sich in murinen Modellen die überragende Bedeutung des Argininstoffwechsels in
Infektionspathologie, Tumorimmunologie und Autoimmunität. Die Aminosäure Arginin kann hierbei durch
das Enzym NO-Synthase zu reaktiven zytotoxischen Stickstoffverbindungen oder alternativ durch das Enzym
Arginase zu Ornithin und Harnstoff verstoffwechselt werden. Ornithin wiederum wird in zahlreiche weitere
wichtige Stoffwechselwege (Kollagensynthese, Polyamine etc.) eingespeist (siehe: ?abgeschlossenes
Forschungsprojekt?).
Wir konnten zeigen, dass sich Expression, Regulation und subzelluläre Lokalisation der Arginase im humanen
Immunsystem fundamental vom murinen Immunsystem unterscheiden (siehe: ?abgeschlossenes
Forschungsprojekt?). Zusammenfassend finden sich selektiv und konstitutiv in humanen Granulozyten (PMN)
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hohe Aktivitäten der Arginase I. Das Enzym ist in den azurophilen Granula lokalisiert und beteiligt sich an der
fungiziden Abwehrreaktion humaner PMN (Munder 2005).
A) Antimikrobielle Funktion der humanen PMN-Arginase.
Im aktuellen Projekt soll zum einen die antimikrobielle Funktion der humanen PMN-Arginase weiter
charakterisiert werden. Hierbei wird die antimikrobielle Funktion humaner PMN gegenüber relevanten
humanpathogenen Erregern in Phagozytose-Assays in Abhängigkeit von der intraphagosomalen Arginase
getestet.
B) Antiinflammatorische Funktion der humanen PMN-Arginase.
Neben der neu charakterisierten antimikrobiellen Funktion kommt der Arginase humaner Granulozyten
möglicherweise eine zentrale antiinflammatorische Rolle durch extrazelluläre Arginin-Depletion zu. So
werden im Verlauf granulozytärer Entzündungen neben der geregelten Elimination von PMN durch
Makrophagen auch toxische PMN-Bestandteile nach nekrotischem Zellzerfall freigesetzt. So konnten wir sehr
hohe extrazelluläre Arginase-Aktivitäten im Rahmen humaner PMN-dominierter Entzündungen nachweisen
(Munder 2006).
Eine Arginase-vermittelte Arginin-Depletion im Rahmen von Entzündungsvorgängen stellt mögli-cherweise
einen entscheidenden Faktor für die aus vielen chronischen Infektionen oder Entzündungen bekannte
Immunsuppression dar. So sind T-Zellen, die in einem Arginin- defizienten Milieu aktiviert werden, in ihrer
Signaltransduktion verändert und in ihren Funktionen supprimiert. Wir konnten in diesem Zusammenhang
zeigen, dass humane T-Lymphozyten im Rahmen granulozytärer Inflammation bei erhaltener Viabilität
funktionell (Proliferation, Zytokin-sekretion) massiv gestört sind. Diese Suppression der adaptiven
Immun-antwort ist vollständig reversibel bei Inhibition der PMN-Arginase.
Sowohl im murinen wie auch im humanen Immunsystem werden zunehmend myeloische Zellen
nachgewiesen, welche durch Arginase-Expression im Stroma solider Tumoren die ko-infiltrierenden
T-Lymphozyten in ihrer Funktion beeinträchtigen (Literatur: siehe Munder 2006). Wir untersuchen
gegenwärtig die Rolle der Arginase humaner Granulozyten bei hämatologischen Tumorerkrankungen bzw. bei
der Interaktion mit tumor-infiltrierenden Zellen des adaptiven Immunsystems (siehe Abbildung).
Einer Veränderung der Aktivierbarkeit von T-Lymphozyten liegen oft molekular definierbare Alterationen in
der komplexen intrazellulären Signaltransduktions-kaskade zugrunde (Munder 2002). Im aktuellen Projekt
sollen solche Veränderungen der T-Zell-Signaltransduktion bei Arginin-Depletion durch humane
PMN-Arginase entschlüsselt werden. Grundlage hierzu sind zunächst Erkenntnisse aus Studien an
Prokaryonten und einfachen Eukaryonten, welche bestimmte Signaltransduktions-wege (z.B.
Phosphorylierung der GCN2 Kinase) bei Depletion von Aminosäuren selektiv induzieren. Auch gehen wir der
Frage nach, ob weitere Zellen der adaptiven Immunantwort (z.B. NK-Zellen, B-Zellen) im Rahmen einer
Arginase-induzierten Arginin-Depletion in ihrer Funktion gestört sind.
Klinische Bedeutung
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Ad A) Die genauere Charakterisierung des antimikrobiellen Wirkmechanismus der intraphagosomalen
Arginase bzw. des Erregerspektrums, welches mit Hilfe der Arginase erfasst wird, führt möglicherweise zu
neuen Wegen in der klinisch nutzbaren antimikrobiellen Wirkstoffentwicklung.
Ad B) Bei der Arginin-Depletion durch extrazelluläre PMN-Arginase handelt es sich möglicherweise um
einen Schlüsselmechanismus, der eine effektive Tumorabwehr durch das adaptive Immunsystem
kompromittiert. Ein besseres Verständnis der intrazellulären Veränderungen in T-Lymphozyten bei
Arginin-Depletion sollte pharmakologische Angriffspunkte zur Verbesserung der Immunfunktion im Rahmen
unerwünschter Immunsuppression aufzeigen.
Literatur zum Thema
1. Munder, M., H. Schneider, C. Luckner, T. Giese, C. D. Langhans, J. M. Fuentes, P. Kropf, I. Mueller, A.
Kolb, M. Modolell, and A. D. Ho. 2006. Suppression of T cell functions by human granulocyte arginase.
Blood First Edition Paper, prepublished online May 18, 2006; doi 10.1182/blood-2006-11-010389.
2. Munder, M. , F. Mollinedo, J. Calafat, J. Canchado, C. Gil-Lamaignere, J. M. Fuentes, C. Luckner, G.
Doschko, G. Soler, K. Eichmann, F.-M. Müller, A. D. Ho, M. Goerner, and M. Modolell. 2005. Arginase I is
constitutively expressed in human granulocytes and participates in fungicidal activity. Blood. 105:2549-2556.
3. Munder, M., E. Bettelli, L. Monney, J. Slavik, L. B. Nicholson, and V. K. Kuchroo. 2002. Reduced
self-reactivity of an autoreactive T cell after activation with cross-reactive non-self-ligand. J. Exp. Med.
196:1151-1162.
Beteiligte Wissenschaftler
? Dr. Markus Munder, Abt. Innere Medizin 5, Universität Heidelberg
? Dr. Thomas Giese, Institut für Immunologie, Universität Heidelberg
? Dr. Claus-Dieter Langhans, Kinderklinik, Universität Heidelberg
? Dr. Pascale Kropf und Dr. Ingrid Mueller, Department of Immunology, Imperial College London, U.K.
? Dr. José M. Fuentes, Departamento de Bioquímica y Biología Molecular, Universidad de Extremadura,
Cáceres, Spain
? Dr. Manuel Modolell, Max-Planck-Institut für Immunbiologie, Freiburg
? Prof. Dr. Anthony D. Ho, Abt. Innere Medizin 5, Universität Heidelberg
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