Cystatin C vermittelte Regulation der Proteinkinase Cδ: Ein neuer Weg zum Erhalt intestinaler Homöostase?

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URI: http://hdl.handle.net/10900/102581
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:21-dspace-1025810
http://dx.doi.org/10.15496/publikation-43960
Dokumentart: Dissertation
Date: 2020-07-10
Language: German
Faculty: 4 Medizinische Fakultät
Department: Medizin
Advisor: Frick, Julia-Stefanie (Prof. Dr. med.)
Day of Oral Examination: 2020-05-06
DDC Classifikation: 610 - Medicine and health
Keywords: Homöostase , Darmkrankheit
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Inhaltszusammenfassung:

Chronisch entzündliche Darmerkrankungen (CED), wie Morbus Crohn und Colitis Ulcerosa, sind komplexe Erkrankungen mit derzeit lediglich symptomatischer Therapie. Dies ist unzureichend und kann den Krankheitsverlauf nicht aufhalten. Dabei gibt es Faktoren, die bekanntermaßen mit CED in Zusammenhang stehen und neue Ansätze für die Therapie darstellen könnten. Den vielversprechendsten neuartigen Therapieansatz stellt die Modulation des Immunsystems des Wirts durch die Mikrobiota dar, da in vorangegangenen Arbeiten gezeigt werden konnte, dass in Patienten mit CED eine Mikrobiotadysbiose vorliegt. Die Diversität der Mikrobiota im Darm von CED Patienten ist vermindert, wobei die Anzahl der Firmicutes und Bacteroidetes, zu denen auch der Symbiont Bacteroides vulgatus gehört, vermindert ist, während die Anzahl der Enterobacteriaceae und Proteobacteria, zu denen der Pathobiont E. coli gehört, gesteigert ist. In Versuchen an murinen dendritischen Zellen (DZ) konnte des Weiteren gezeigt werden, dass der Pathobiont E. coli über Interaktion mit dem TLR4/MD2 Rezeptorkomplex dendritischer Zellen zu deren Maturation führt. Dieser mature Phänotyp induziert proinflammatorische Th1, Th2 und Th17 Zellen. Bei Kontakt von Antigenen von B. vulgatus mit dem TLR4/MD2 Rezeptorkomplex differenzieren immature DZ zu semimaturen DZ. Diese können regulatorische T-Zellen, die der übermäßigen Entstehung von Inflammation entgegenwirken, induzieren. So konnte gezeigt werden, dass E. coli bei Monokolonisation IL2 defizienter Mäuse zur Entstehung von Colitis führt. Gleichermaßen jedoch, dass B. vulgatus in der Lage ist diese Colitis zu verhindern. Dies unterstreicht das Potential der Mikrobiota als Ansatzpunkt zur Behandlung von CED. Dafür ist es allerdings essentiell, die molekularen Mechanismen zu verstehen, die an der Beeinflussung des Immunsystems durch Kommensale beteiligt sind. Bisher ist bekannt, dass Cystatin C (CysC) abhängig von der Konzentration reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in der Zelle als Monomer oder als Homodimer vorkommt. Bei Stimulation von DZ mit dem Pathobionten E. coli mpk steigt die Konzentration von ROS innerhalb der Zelle, bei Stimulation mit dem Symbionten B. vulgatus mpk sinkt sie jedoch. Je höher die ROS Konzentration ist desto wahrscheinlicher liegt CysC als Homodimer vor. Da bei CysC Homodimeren dessen Bindungsdomäne verdeckt ist, ist es in diesem Zustand nicht in der Lage weitere Proteine zu binden. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass CysC an das Protein 14-3-3ζ bindet und CysC außerdem an der Regulation der Proteinexpression von 14-3-3ζ beteiligt ist. 14-3-3ζ interagiert bekanntermaßen mit Proteinkinase Cδ (PKCδ), was zu einer erhöhten Aktivität von PKδ führt. Dies konnten wir in dieser Arbeit nachweisen, da bei Stimulation von CD11c+ KGDZ aus Wildtypen mit E. coli mpk die Aktivität von PKCδ gegenüber der der Negativkontrolle und der in Zellen nach Stimulation mit B. vulgatus mpk signifikant steigt. Bei Stimulation CysC defizienter CD11c+ KGDZ mit E. coli mpk allerdings, zeigte sich kein Anstieg der Aktivität. Es muss also eine Regulation der PKCδ Aktivität über CysC bestehen. Dies bedeutet, dass bei Kontakt CD11c+ KGDZ mit dem Pathobiont E. coli die Konzentration von ROS innerhalb der Zelle steigt, was eine Homodimerisierung von CysC zur Folge hat. Die Homodimerisierung von CysC führt dazu, dass 14 3 3ζ in der Zelle frei vorliegt und somit PKCδ aktivieren kann. Die gesteigerte Aktivität führt zur Induktion der iNOS Synthese via NFκB und schlussendlich zu einer Entzündungsreaktion. Bei Stimulation mit dem Symbionten B. vulgatus hingegen ist die ROS Konzentration niedrig, weshalb CysC als Monomer vorliegt und an 14-3-3ζ bindet. Dies hat zur Folge, dass PKCδ nicht vermehrt aktiviert und somit keine Entzündungsreaktion ausgelöst wird. Da der Kontakt mit B. vulgatus zu einem semimaturen Phänotyp dendritischer Zellen führt, welche tolerogen gegenüber weiteren Stimuli sind, kann auch bei nachfolgendem Kontakt mit pathogenen Antigenen keine Entzündungsreaktion ausgelöst werden. Eine Inflammation ausgelöst durch pathobiontische Kommensale wird also durch Stimulation dendritischer Zellen mit B. vulgatus mpk verhindert. In Zukunft sollte geklärt werden, welchen Einfluss dieser neue, noch nicht gezeigte Regulationsmechanismus über CysC auf physiologische inflammatorische Reaktionen eines Organismus tatsächlich hat. In dieser Arbeit wurde dazu die Konzentration der induzierbaren Stickstoffmonoxid Synthase gemessen, allerdings konnte hier kein Einfluss von CysC gezeigt werden. Trotzdem zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit deutlich das therapeutische Potential von B. vulgatus mpk als Modulator der Proteine PKCδ, CysC und 14-3-3ζ. Die Erkenntnisse dieser Arbeit verbessern das Verständnis über Immunmodulation durch Kommensale und stellen vielleicht sogar eine Möglichkeit für eine langfristig zufriedenstellende Therapieoption von CEDs dar. Nicht zuletzt, da die Modulation über CysC, wie gezeigt werden konnte, ebenfalls an der Regulation der ALDH Aktivität und damit an der Induktion regulatorischer T-Zellen beteiligt ist. Der Symbiont kann somit die PKCδ Aktivität und die anschließende inflammatorische Reaktion in einem physiologischen Rahmen halten. B. vulgatus mpk moduliert dabei das Immunsystem effektiv und könnte somit auch im Fall chronisch entzündlicher Darmerkrankungen die Homöostase im Darm erhalten oder wiederherstellen.

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