Sonderforschungsbereich 415:
"Spezifität und Pathophysiologie von Signaltransduktionswegen"

Projekt C9: »Untersuchungen zur Rolle lipidartiger Leukozytenaktivatoren (LILAs) und des LILA-Rezeptors bei entzündlichen Prozessen«

Zusammenfassung

Phagozyten besitzen ein spezifisches Erkennungssystem für die Präsenz bakterieller Infektionen im Organismus. Dieses System bedient sich bakterienspezifischer N-formylierter Methionyl-Peptide, die nur von Bakterien produziert werden. Da Pilzinfektionen ebenfalls häufig sind und zu einem Phagozyteneinstrom führen, hatten wir in früheren Untersuchungen geprüft, ob auch pilzspezifische phagozytenaktivierende “Pathogen-assoziierte Moleküle, PAMs” existieren. Diese konnten wir in Extrakten von Dermatophyten, Candida albicans und auch Bäckerhefe auffinden. Reinigungsversuche führten zu lipidartigen Leukozytenaktivatoren (LILAs), die eine Reihe von Funktionen neutrophiler Granulozyten, eosinophiler Granulozyten und Blutmonozyten über die Erhöhung intrazellulärer Ca²⁺-Spiegel zu aktivieren vermögen sowie Keratinozyten und auch Monozyten zur Synthese von IL-1b, TNF-a, IL-6 und IL-8 über bislang unbekannte Rezeptoren stimulieren können.

Physikochemische Charakterisierungsversuche durch ¹H-NMR-Untersuchungen, massenspektro-metrische Analysen und chemische Abbaureaktionen von zwei isolierten LILAs führten zu Strukturvorschlägen, die auf die Existenz einer neuen Lipidsubstanzklasse hinweisen. Die Strukturvorschläge von zwei LILAs konnten jetzt durch chemische Synthese bestätigt werden.

Schwerpunkt der kommenden Antragsperiode soll es sein mit verschiedenen chemisch synthetisierten, strukturell nahestehenden LILAs Signaltransduktionsmechanismen der durch LILA induzierten Aktivierung sowohl von Leukozyten als auch Keratinozyten zu erarbeiten. Da erste Hinweise vorliegen, daß LILA-bedingte Leukozyten-Aktivierungen Pertussis-Toxin-sensitiv sind, scheint LILA neutrophile Granulozyten wahrscheinlich über einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor zu aktivieren. Es sollen daher die für Leukozytenchemotaxine bekannten Signalwege zunächst in LILA-stimulierten neutrophilen Granulozyten detailliert analysiert werden, um Aussagen über Parallelen und Unterschiede zu Signalwegen bekannter Chemotaxine zu erhalten.

Im Gegensatz zu allen bislang bekannten Leukozyten-Chemotaxinen vermag LILA in Keratinozyten auch proinflammatorische Zytokine wie TNF-a, IL-1b, IL-8 und andere Chemokine zu induzieren Es sollen daher auch die Signalwege analysiert werden, die für die Zytokin-Induktion in Keratinozyten verantwortlich sind.

Bislang erarbeitete Befunde lassen den Schluß zu, daß Dermatophyten und Hefen - vielleicht sämtliche Pilze - hochaktive, lipidartige Leukozytenaktivatoren (“LILA”) produzieren. Mit LILA könnte ein pilzspezifisches Erkennungssystem (“Pathogen-Associated Molecule Pattern, PAMP”) sowohl in humanen Phagozyten als auch Epithelzellen vorliegen.

LILA könnte als möglicher Schlüsselmediator bei Pilz-Infektionen eine ähnliche Rolle zukommen wie bakteriellen Lipopolysacchariden bei Infektionen durch Gram-negative Bakterien.

Die einzigartigen biologischen Eigenschaften deuten auf besondere Signaltransduktionsmechanismen durch LILA insbesondere in Epithelzellen hin.

Es wird daher primäres Ziel dieser Untersuchungen sein, die Signalwege des LILA in verschiedenen Zelltypen – Leukozyten und Epithelzellen – detailliert zu analysieren und die Unterschiede zur Signaltransduktion anderer Leukozyten-Chemotaxine zu erarbeiten.

Da Deaktivierungsexperimente mit verschiedenen Zellen und unterschiedlichen Bioassays den Schluß zulassen, daß einer oder vielleicht auch mehrere separate Rezeptoren für LILA existieren, erscheint jetzt, nach Klärung der chemischen Struktur des LILA, die Synthese unterschiedlicher LILA-Derivate und Struktur-Aktivitätsstudien wichtig, um Aussagen über Strukturelemente zu erhalten, die für die Entfaltung biologischer Aktivität wichtig sind. Weiterhin soll versucht werden, den LILA-Rezeptor auf Leukozyten und Epithelzellen zu charakterisieren. Dazu soll die Strategie einer direkten biochemischen Charakterisierung mit Hilfe von Azirino-Derivaten des LILA versucht werden. Als Fernziel ergibt sich hier die Expression des LILA-Rezeptors in Zellen.

Weiterhin ist die Analyse der Funktion des LILA-Rezeptors und der Signaltransduktion bei gestörter Pilzabwehr sowie Möglichkeiten einer Beeinflussung LILA-Rezeptor-abhängiger Signaltransduktionsmechanismen durch zu entwickelnde Pharmaka im Sinne einer neuartigen antiinflammatorischen Therapie bei Pilzinfektionen ein weiteres Fernziel.

Projektrelevante eigene Veröffentlichungen

Meyer-Hoffert, U., Lezcano-Meza, D., Bartels J, Montes-Vizuet AR, Schroder JM, Teran LM. (2003) Th2- and to a lesser extent Th1-type cytokines upregulate the production of both CXC (IL-8 and gro-alpha) and CC (RANTES, eotaxin, eotaxin-2, MCP-3 and MCP-4) chemokines in human airway epithelial cells.

Int Arch Allergy Immunol. 131: 264-71

Reichel, PH., Seemann C, Csernok E, Schroder JM, Muller A, Gross WL, Schultz H. (2003) Bactericidal/permeability-increasing protein is expressed by human dermal fibroblasts and upregulated by interleukin 4.

Clin Diagn Lab Immunol. 10:473-5

Rudack, C., Maune, S., Eble J, Schroeder JM. (2003) The primary role in biologic activity of the neutrophil chemokines IL-8 and GRO-alpha in cultured nasal epithelial cells.

J Interferon Cytokine Res. 23:113-23

Wehkamp, J., Harder J, Weichenthal M, Mueller O, Herrlinger KR, Fellermann K, Schroeder JM, Stange EF. (2003) Inducible and constitutive beta-defensins are differentially expressed in Crohn's disease and ulcerative colitis.

Inflamm Bowel Dis. 9:215-23

Harder, J., Schroder JM. (2002) RNase 7, a novel innate immune defense antimicrobial protein of healthy human skin.

J Biol Chem. 277:46779-84

Rudack, C., Hermann, W., Eble J, Schroeder JM. (2002) Neutrophil chemokines in cultured nasal fibroblasts.

Allergy. 57:1159-64

Schröder, J.M., Häsler, R., Grabowsky, J., Kahlke, B., Mallet, A.I. (2002) Identification of Diacylated Ureas as a Novel family of Fungus-specific Leukocyte-activating Pathogen-associated Molecules.

J Biol Chem. 277: 27887-27895

Sticherling, M., Baisch C, Bornscheuer E, Schroder JM, Christophers E. (2002) The role of the Duffy antigen-related chemokine receptor in psoriasis vulgaris.

Cytokine 18:329-33.

Harder, J., Bartels,J, Christophers, E., Schröder, J.-M. (2001) Isolation and Characterization of Human beta-Defensin-3, a novel human inducible peptide antibiotic.

J. Biol. Chem. 2001: 276, 5707 - 5713.