Regulation der Funktion von dendritischen Zellen durch Nährstoffe

Abstract

Dendritische Zellen (DZ) sind Antigen-präsentierende Zellen welche an der Aktivierung angeborener sowie adaptiver Immunität beteiligt sind und deshalb für die Steuerung der Immunantwort in Hinblick auf Pathogene äußerst wichtig sind. Darüber hinaus verhindern sie potentiell schädliche Immunantworten gegen eine Vielzahl von unbedenklichen Antigenen denen der Körper täglich ausgesetzt ist. Diese Aufgabe ist insbesondere im Darm wichtig, wo lokale Immunantworten eine strenge Kontrolle benötigen und in den meisten Fällen zu Induktion von Toleranz führen. Mit DZ verbundene Immuntoleranz kann eine Herunterregelung ihrer Reifung, eine verstärkte Produktion von anti-inflammatorischen Cytokinen und/oder eine Einleitung der Apoptose in den Zellen beinhalten. Darüber hinaus ist die lokale T-Zell-Immunität ein wichtiger Teil des spezifischen intestinalen Immunsystems. DZ haben die einzigartige Eigenschaft naive T-Zellen zu aktivieren. Sie bestimmen ob eine nicht-responsive (Toleranz) bzw. aktive Immunantwort eintritt bzw. eine Typ 1 oder Typ 2 Antwort vorherrscht. Wegen ihrer dualen Rolle werden DZ im Darm benötigt, wo sie den Körper von der zweifachen Bedrohung durch eindringende Pathogene, sowie vor unerwünschten Entzündungsreaktionen schützen. In der vorliegenden Studie wurde gezeigt, dass Nährstoffe wie Thymoquinon, Gummiarabicum (GA), Zink (Zn2+), Xanthohumol bzw. Thymol auf verschiedene Aspekte der DC-Funktionen wirken. Nährstoffe können die Expression von Differenzierungsmerkmal sowie die Produktion von Zytokinen stimulieren (GA, Zn2+) bzw. vermindern (Thymoquinon, Thymol, Xanthohumol), das phagozytische Leistungsvermögen (GA) beeinflussen, sowie zur Aktivierung von mitogen-aktivierbaren Proteinkinasen (MAPK, GA) führen. Wie sich herausstellte, sind viele Nährstoffe starke Auslöser von Apoptose in DZ. Um die beteiligten Signalwege zu bestimmen wurden DZ von Wildtyp- bzw. von genmanipulierten Mäusen, welchen eine funktionelle saure (acid) Sphingomyelinase (ASM-/-) fehlt, verschiedenen Nährstoffen ausgesetzt und verschiedene Apoptosemarker bestimmt. Eine Nährstoff (Thymoquinon, Zn2+, Xanthohumol, Thymol)-induzierte Apoptose wurde durch Aktivierung der sauren Spingomyelase ausgelöst, was zur Bildung von Ceramid und in weitere Folge zu einer anschließenden Caspaseaktivierung, DNA-Fragmentierung und zur Ummodilierung der Zellmembran führt. Des Weiteren ist bekannt, dass die Regulation von Mitgliedern der Bcl-2 Familie mit der Ceramidbildung einhergeht, weshalb die Beteiligung von Bcl-2 Proteinen in Nährstoff-behandelten DZ getestet wurde. Einige Nährstoffe (Zn2+, thymol) zeigten eine Verminderung der antiapoptotischen Proteine Bcl-2 und Bcl-xL. Ein durch Nährstoffe ausgelöster zellulärer Zelltod war in DZ von ASM-/- Mäusen nahezu nicht nachweisbar. In DZ beider Genotypen führte eine exogene Zugabe von C2-Ceramid zur Induktion des Zelltods, was darauf hinweist, dass die Ceramidproduktion ein kritischer Schritt im Nährstoff-induzierten DZ-Zelltod darstellen könnte.

Dendritic cells (DCs) are antigen-presenting cells involved in the initiation of both innate and adaptive immunity and are thus critically important for the regulation of the immune response to pathogens. Furthermore, they also prevent potentially damaging immune responses being directed against the multitude of harmless antigens, to which the body is exposed daily. This role is particularly important in the intestine, where the local immune responses require a tight control, the outcome of which is in the most cases the induction of tolerance. Tolerant immunity connected to DCs can include down-regulation of their maturation, enhanced production of anti-inflamatory cytokines and/or driving cells into apoptosis. In addition, local T cell immunity is an important compartment of the specific intestinal immune system. DCs have the unique ability to activate naïve T cells. They can determine whether non-responsiveness (tolerance) or an active immune response occurs, whether a type 1 or type 2 response predominates. In the intestine, therefore, DCs are required to perform their dual roles very efficiently to protect the body from the dual threats of invading pathogens and unwanted inflammatory reactions. In the present study it was shown that nutrients, such as thymoquinone, Gum Arabic (GA), zinc (Zn2+), xanthohumol or thymol acted on different aspects of DC functions. Nutrients can stimulate (GA, Zn2+) or decrese (thymoquinone, thymol, xanthohumol) expression of maturation markers and/or cytokine production, influence DC phagocytotic capacity (GA), lead to activation of mitogen-activated protein kinases (MAPK, GA). Many of the nutrients studied turned out to be strong inducers of DC apoptosis. To determine the signalling pathways involved, DCs from both wild type and gene targeted mice lacking functional acidic sphingomyelinase (ASM-/-) were exposed to nutrients and different apoptosis markers assessed. Nutrient (Zn2+, xanthohumol, thymol)-induced apoptosis was triggered by acid sphingomyelinase activation, leading to ceramide formation and subsequent caspase activation, DNA fragmentation and cell membrane scrambling. In addition, regulation of Bcl-2 family members is known to follow ceramide formation, and thus the involvement of Bcl-2 proteins was tested in nutrient-treated DCs. Several nutrients (Zn2+, thymol) were shown to induce down-regulation of anti-apoptotic proteins Bcl-2 and Bcl-xL. The nutrient-triggered cell suicidal death was virtually absent in DCs from ASM-/- mice. In DCs from both genotypes exogenously added C2-ceramide resulted in the induction of cell death, indicating that ceramide production could be a critical step in nutrient-induced DC death.