Arlt, Olga (2015)
Regulation der Sphingolipide und Entzündungsprozesse in immunologisch relevanten Zellen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

An den Sphingolipid-Metaboliten sowie an ihren generierenden und produzierenden Enzymen wurde im letzten Jahrzehnt unabhängig voneinander ausgiebig geforscht. Die Sphingolipide sind in eine Vielzahl zellulärer und immunologischer, aber auch pathophysiologischer Prozesse involviert. Ein gutes Beispiel liefert das System der Lymphozyten-Wanderung entlang eines Sphingosin 1-Phosphat (S1P)-Gradienten. Hierbei werden immunmodulierende Wirkungen über das extrazelluläre S1P und dessen Bindung an die S1P-Rezeptoren ausgelöst. Diese unterscheiden sich in mancher Hinsicht von Effekten, welche durch intrazelluläres S1P innerhalb der Zellen generiert werden. Offene Fragen existieren jedoch bezüglich der Spezifität und Intensität der Wirkungen von intra- und extrazellulärem S1P auf Immunzellen. Aufgrund der Hinweise über pro-inflammatorische Effekte des intrazellulären S1P, gegenüber denen des extrazellulären S1P, wurden in der vorliegenden Arbeit zunächst die Ersteren in murinen dendritischen Zellen (DCs) des Immunsystems untersucht. Die Analysen basierten auf einer TNF-α-Ko-Stimulation sowie Untersuchungen der dadurch hervorgerufenen Zytokin-Produktion. Tendenziell war der zelluläre Einfluss von S1P von dessen extrazellulär-anti-inflammatorischen Effekten kaum unterscheidbar gewesen. Aus diesem Grund wurden des Weiteren die bekannten Effekte des extrazellulären S1P zunächst verifiziert und erweitert, so dass spezifische S1P-neutralisierende Spiegelmere eingesetzt werden konnten. Da diese den Effekt auf das pro-inflammatorische Zytokin schwach umkehren konnten, war nun die stimulationsbedingte Regulation der S1P Lyase, welche S1P irreversibel degradiert, von besonderem Interesse. Lediglich eine geringe Anzahl an Publikationen konnte bisher eine detailgetreue zusammenhängende Analyse der Sphingolipide und deren Enzyme in Immunzellen beschreiben. Die hier vorliegenden Studien wurden ebenfalls in immunkompetenten dendritischen Zellen, welche Pathogenstrukturen durch keimbahnkodierende Rezeptoren erkennen und durch Ausschüttung pro-inflammatorischer Zytokine T-Zellen aktivieren, bewerkstelligt. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass eine klassische pro-entzündliche Stimulation solcher keimbahnkodierender Rezeptoren auf DCs nicht nur einen Zytokinsturm veranlasst, sondern auch gravierende Veränderungen der S1P Lyase sowie anderer untersuchten S1P-relevanten-Enzyme auf mRNA-Ebene mit sich bringt. Die Regulation der Enzyme wurde über die gesamte Lebensspanne der aktivierten und ruhenden DCs in vitro untersucht. Begleitet wurden die Analysen durch Messungen der zellulären Konzentrationen des entscheidenden S1P und Sphingosin (der Vorgänger des S1P im Sphingolipid-Metabolismus). Diese beiden Metaboliten können durch reversible katalytische Aktivität der Enzyme ineinander übergehen, um in der Zelle eine höchst erforderliche Balance zu erhalten. Nach einer längeren (beinahe chronischen) Aktivierung der DCs wird diese Balance jedoch in Richtung der zellulären Sphingosin-Akkumulation massiv beeinträchtigt und letztendlich begeht die Zelle einen sogenannten aktivierungs-induzierten Zelltod (AICD), welcher auch in T-Zellen beschrieben wurde. Die Messung der Apoptose hat den maßgebenden Einfluss der gestörten Sphingolipid-Balance in DCs bestätigt. Auch wenn die S1P Lyase nach der DC-Aktivierung reduziert war, sowohl auf mRNA- als auch auf Aktivitätsebene, konnte in den Zellen ein Anstieg des S1P ausgeschlossen werden. Da S1P durch aktiven Transport in den Extrazellularraum gelangen kann, wurde dieser Transport im DC-System für möglich gehalten. In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal die durch eine klassische entzündliche Reaktion der DCs hervorgerufene spezifische und sensitive Regulation der Sphingolipid-Enzyme mit AICD in Verbindung gebracht. Diese Befunde sollten in der Zukunft bei der Entwicklung von weiteren Medikamenten und Therapien zur Bekämpfung, beispielweise von Krebs-Erkrankungen, berücksichtigt werden. Diese Arbeit konnte zudem aufdecken, dass vorliegende physiologische intra- und extrazelluläre S1P-Mengen einander ständig beeinflussen und nicht voneinander abgegrenzt werden können, da neu gebildetes S1P aktiv aus der Zelle heraustransportiert werden kann. Für zukünftige Analysen der Effekte beider lokalisationsbedingter S1P-Typen empfiehlt es sich sowohl den Auswärtstransport als auch die Rezeptoren zu antagonisieren, zu blockieren oder defiziente Mäuse zu verwenden. Für den letzteren Fall wurde kürzlich ein Mausmodell generiert, mit dessen Hilfe die S1P Lyase spezifisch und zum erforderlichen Zeitpunkt ausgeschaltet werden kann. Diese Arbeit hat des Weiteren entscheidend dazu beigetragen die Vorgehensweise der S1P Lyase-Defizienz zukünftig in vivo anzuwenden.

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