Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7006
Die Rolle der Rel/NF-КBTranskriptionsfaktoren in der Reifung und Funktion dendritischer Zellen
Tanja Herrmann
Zusammenfassung
Die Rel/NF-kB-Transkriptionsfamilie in Säugetieren
besteht aus den Mitgliedern NFkB1, NF-kB2, RelA, RelB und c-Rel, welche eine
bedeutende Rolle bei der Expression von Genen, die in Immunantworten, Streß-
und Entzündungsreaktionen involviert sind, einnehmen. Alle fünf
Familienmitglieder werden in antigenpräsentierenden Zellen des Immunsystems
exprimiert, zu denen die dendritischen Zellen (DZ) zählen. DZ zeichnen sich
durch ihre Migrationsfähigkeit aus, die es ihnen ermöglicht, aufgenommene
Antigene aus den peripheren Geweben in die T-Zell-Bereiche der lymphoiden
Organe zu transportieren. In den lymphoiden Organen erlangen DZ die Fähigkeit,
T-Zellen antigenspezifisch zu aktivieren, um eine adäquate Immunantwort zu
initiieren. Charakteristisch für DZ ist hierbei die Reifung, welche mit der
Expression der für die verschiedenen Funktionen notwendigen Oberflächenmoleküle
einhergeht. Ziel der Arbeit war die Analyse von
Rel/NF-kB-Transkriptionsfaktoren in der DZ-Reifung sowie in DZ-vermittelten
Immunantworten.
In der vorliegenden Arbeit konnte durch
Gelretardationsexperimente eine verstärkte DNA-Bindung der
Rel/NF-kB-Familienmitglieder nach externer Stimulation, welche zu einer
Endreifung der DZ führt, detektiert werden. In funktionellen Experimenten
wurden DZ, die aus dem Knochenmark Rel/NF-kB-defizienter Mäuse generiert wurden
(KM-DZ), vergleichend untersucht. Hierbei zeigte sich in nfkb1-/- KM-DZ
ein Defizit in der Endreifung. In der Endreifung wird die Expression von
kostimulatorischen Molekülen induziert, welche für die Stimulation von T-Zellen
wichtig sind. In diesem Zusammenhang zeigte sich eine verminderte Fähigkeit der
nfkb1-/- KM-DZ, antigenspezifische Immunantworten auszulösen.
Zusätzlich konnte in den nfkb1-/- KM-DZ-Kulturen ein verändertes
Zytokinmuster mit erhöhter IL-10 und verminderter IL-12 Produktion detektiert
werden. Die nfkb1-/- DZ, die sich nicht durch Stimulation zur
Endreifung induzieren ließen, zeigten eine positive Färbung für CD45RB. Hierbei
handelt es sich um ein Oberflächenmolekül, welches von einem DZ-Subtyp
exprimiert wird, der die Differenzierung von regulatorischen T-Zellen induziert
und damit eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Selbsttoleranz
spielt. Darüber hinaus zeigten nfkb1-/- DZ eine erhöhte
Apoptoserate, die unabhängig vom Reifungszustand der Zellen war.
In relB-/- Mäusen konnte der Defekt in der
in vivo Reifung der CD8-DZ-Subgruppe bestätigt werden, jedoch zeigten relB-/-
KM-DZ die Fähigkeit, in vitro zu reifen. Hierbei konnte eine mit wildtyp
DZ vergleichbare Hochregulation von MHC-II und kostimulatorischer Moleküle wie
CD86 und CD40 detektiert werden. Obwohl eine stark verminderte IL-12 Sekretion
gemessen wurde, waren relB-/- KM-DZ in der Lage, sowohl in vitro als
auch in vivo antigenspezifische Immunantworten auszulösen. Aufgrund fehlender
Lymphknoten in relB-/- Mäusen konnte bislang die Fähigkeit von relB-/-
DZ zur Migration aus der Epidermis in drainierende Lymphknoten nicht
bestätigt werden. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass relB-/-
KM-DZ nach adoptivem Transfer in syngene wildtyp Mäuse in der Lage sind,
in vivo in wt Lymphknoten zu wandern.
The
role of Rel/NF-κB transcription factors in
maturation and function of dendritic cells
Abstract
The
Rel/NF-κB family of transcription factors consists of the members NF-κB1, NF-
κB2, RelA,
RelB, and c-Rel, which play an important role in the expression of genes
involved in immune responses, stress and inflammatory reactions, apoptosis, and
cancer. All five members are expressed in bone marrow-derived dendritic cells
(DCs), professional antigen presenting cells of the immune system.
Characteristic of DCs is their ability to take up antigens in the periphery and
to migrate to the T cell areas of secondary lymphoid organs, where they
upregulate expression of several surface molecules that are important for the
stimulation of naive T cells and the initiation of an immune response.
Aim of this
work was to analyze the function of the Rel/NF-κB transcription factors in DC
maturation and immune response. Electrophoretic mobility shift assays revealed
that during terminal maturation of DCs, which can be induced by different
stimuli, DNA binding of Rel/NF-κB proteins was strongly enhanced.
Rel/NF-κB-deficient DCs were generated in vitro from bone marrow (BM-DCs) of
wild-type, RelB-, NF-κB1-, and NF-κB2-deficient mice and compared in functional
tests. In this context, nfkb1-/- BM-DCs were not able to upregulate
costimulatory molecules characteristic for terminal maturation and required for
proper T cell stimulation. Nfkb1-/- BM-DCs also showed a reduced capacity in antigen-specific T
cell stimulation assays. Whereas IL-12 production was impaired, enhanced IL-10
secretion could be observed after stimulation. In addition, nfkb1-/- BM-DCs showed increased apoptosis
independent of the maturation stage. In relB-/- mice,
impaired in vivo maturation of the CD8-DC subpopulation could be confirmed,
whereas relB-/- BM-DCs
were able to mature normally in vitro. Upregulation of MHC-II and costimulatory
molecules during terminal maturation was comparable to wild-type BM-DCs.
Although relB-/- BM-DCs
showed reduced IL-12 production after stimulation with LPS they were able to
induce antigen-specific immune responses in vitro and in vivo. Since relB-/-
mice have a disrupted spleen
architecture and lack lymph nodes it was not clear whether relB-/- DCs are able to home to secondary
lymphoid organs. This work demonstrates that relB-/- BM-DCs can
migrate to draining lymph nodes after adoptive transfer into syngeneic
wild-type mice. In contrast to relB-/- and nfkb1-/- BM-DCs,
nfkb2-/- BM-DCs did not show marked differences compared to
wilde-type DCs. Thus, while both RelB and NF-κB1 are important for IL-12
production, only NF-κB1 plays a role in terminal maturation, T-cell
stimulation, and apoptosis of BM-DC.
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