Die immunmodulatorische Wirkung von mitochondrialer DNA

Abstract

Das angeborene Immunsystem ist in der Lage Pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs) mittels Pathogen-Recognition Receptors (PRRs) zu erkennen und mit einer inflammatorischen Zellantwort zu reagieren. Diese PRRs binden zudem körpereigene Strukturen, welche als Damage associated molecular pattern (DAMPs) bei vermehrten Zelluntergang freigesetzt werden. Ein bekanntes DAMP ist die mitochondriale DNA (mtDNA). Durch das gehäufte Vorkommen unmethylierter CpG-Sequenzen besteht eine starke molekulare Ähnlichkeit von mtDNA mit bakterieller DNA. Aus diesem Grund wurde bisher postuliert, dass die immunologische Wirkung von mtDNA ebenfalls durch Stimulation des Toll-like Rezeptor 9 (TLR9) ausgelöst wird. Diese Theorie konnte im humanen Zellmodell bisher jedoch nicht eindeutig bewiesen werden. <br /> In dieser Arbeit wurde die Zellantwort der Cal-1-Zellkultur, als Modell für plasmazytoide dendritische Zellen, mit der Reaktion von primären mononukleären Zellen (PBMCs) auf die Exposition mit mtDNA verglichen. Als positive Kontrollgruppe diente synthetisches CpG-ODN, welches nachweislich eine TLR9-vermittelte Synthese von Interleukinen und Typ-I-Interferonen verursacht. Mittels Real-time PCR wurde die Expression proinflammatorischer Zytokine und einem Typ-I-Interferon untersucht. Zudem wurde mittels ELISA die effektive Zytokinsekretion der Zellen analysiert. <br /> Es zeigte sich, dass mitochondriale DNA, im Gegensatz zu CpG-ODN, keine signifikante Genexpression von inflammatorischen Mediatoren wie IL-6 und IFNβ in der Cal-1-Zellkultur verursacht. Auch die Stimulation mit kleineren DNA-Fragmenten oder CpG-reichen PCR-Produkten erzielte keinen relevanten Effekt. Um die Internalisierung des Substrates zu sichern, wurde eine intrazelluläre Transfektion mittels DOTAP durchgeführt. Eine vermehrte Zytokin- oder Interleukin-Expression durch mtDNA konnte dadurch dennoch nicht beobachtet werden. In PBMCs hingegen fand sich eine eindeutig dosisabhängige Zellreaktion nach Inkubation mit mtDNA über 24 Stunden. Hier konnte demonstriert werden, dass native mtDNA eine signifikante Sekretion von IL-6 und IL-8 durch primäre mononukleäre Zellen verursacht. <br /> Wegen der fehlenden Zellantwort der Cal-1-Kultur auf die Exposition mit mtDNA, sollte die bisher angenommene isolierte TLR9-Wirkung kritisch betrachtet werden. Die deutlichen Stimulationsergebnisse in den PBMC-Versuchsreihen sprechen eher für die Relevanz einer Interaktion der unterschiedlichen Zellarten in Hinblick auf die immunologische Wirkung von mtDNA. Ebenfalls kommen andere intrazelluläre Signalwege als Auslöser der beobachteten Zellantwort in Betracht. So konnte in zahlreichen Publikationen die vermehrte Sekretion von inflammatorischen Mediatoren durch mtDNA mit der cGAS/STING-Kaskade sowie dem Inflammasom in Verbindung gebracht werden. Zum genaueren Verständnis des Pathomechanismus der immunmodulatorischen Wirkung von mtDNA wäre weiterführende Forschungsarbeit notwendig.