Regulation des Immunsystems durch Tryptophan-Depletion

Abstract

Das Tryptophan-katabolisierende Enzym Indoleamin 2,3-Dioxygenase (IDO) spielt eine maßgebliche Rolle beim Abschalten von Immunantworten durch die Hemmung der T-Zellproliferation. Obwohl dendritische Zellen (DCs) zu den potentesten antigen-präsentierenden Zellen zählen und sie als die Initiatoren der Immunantwort gelten, existieren nur wenige Studien über den Effekt von IDO auf DCs selbst. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Frage bearbeitet, inwieweit der trp-Mangel die biologische Funktion von myeloischen DCs<i> in vitro</i> beeinflusst. Zu diesem Zweck wurden humane DCs aus CD14⁺ Monozyten unter trp-Mangel (DCs^-trp; 5 μM trp) sowie unter normalen Zellkulturbedingungen (DCs^+trp; 30 μM trp) generiert. Um zellulären Stress zu bewältigen, leitet die Zelle Gegenmaßnahmen ein, die für das Überleben und für die optimale Anpassung der Zelle an ihre Umgebung essentiell sind. Es erfolgte in DCs^-trpeine verstärkte Induktion des Transkriptionsfaktors CHOP, der durch die Stresssignalwege in Folge von Aminosäuremangel und durch fehlgefaltete bzw. ungefaltete Proteine hochreguliert wird. Die Differenzierung, Ausreifung und Vitalität der DCs^-trp verglichen mit DCs^+trp ist nicht eingeschränkt, was durch die Expression des DC-Markers CD1a, den Reifungsmarker CD83 und Apoptosetests belegt werden konnte. Erstmalig wurde durch trp-Mangel die Hochregulierung des inhibitorischen Rezeptors ILT3 in DCs^-trp und gleichzeitig eine geringere Expression kostimulatorischer Moleküle gezeigt. Zusätzlich zum tolerogenen Phänotyp (CD80_low CD40_low/ ILT3^high) weisen diese Zellen eine deutlich verminderte Pinozytoseaktivität sowie eine geringere Expression von FcγRII (CD32) auf, welches auf eine eingeschränkte Antigenaufnahme hindeutet. Wie nach dem immunologischen Profil der DCs^-trp zu erwarten, konnte in einem antigen-spezifischen System mit Tetanus Toxoid eine signifikant geringere T-Zellproliferation durch autologe DCs^-trp verglichen mit DCs^+trp gezeigt werden. Durch einen ILT3 neutralisierenden Antikörper wurde die verminderte stimulatorische Kapazität von DCs^-trp partiell aufgehoben, was auf die funktionelle Bedeutung von ILT3 auf DCs^-trp schließen lässt. Zudem induzieren autologe DCs^-trp vermehrt ILT3 abhängig die Expression des regulatorischen T-Zell-Markers Foxp3 in antigen-stimulierten CD4⁺ CD25⁺ T-Zellen (T_DCs^-trp) als DCs^+trp (T_DCs^+trp). In Suppressionsexperimenten erfolgte durch T_DCs^-trp verglichen mit T_DCs^+trpeine stärkere Proliferationsinhibition gegenüber polyklonal- und antigen-stimulierten CD4⁺ T-Zellen. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass es sich bei der verminderten stimulatorischen Kapazität der DCs^-trp nicht um einen passiven Effekt des ’Aushungerns’ durch trp-Mangel handelt, sondern vielmehr um einen aktiven Suppressionsmechanismus, bei dem ILT3 eine maßgebliche Bedeutung zukommt. Die erhobenen<i> in vitro</i> Daten legen nahe, dass die Bildung tolerogener DCs^-trp und die verstärkte Generierung von regulatorischen T-Zellen durch ein trp-verarmtes Mikromilieu ein bedeutender Mechanismus darstellen könnte, in dem IDO zur Induktion und Aufrechterhaltung von Toleranz beiträgt. Dieser Toleranzmechanismus könnte somit beispielsweise <i>in vivo</i> das Ausbreiten einer Entzündung begrenzen und Folgeschäden im Gewebe reduzieren. Er hat damit vermutlich einen entscheidenden Einfluss auf Verlauf und Ausgang der Immunantwort. Die genaue Kenntnis der Mechanismen, die für die <i>in vitro </i>Induktion tolerogener DCs verantwortlich sind, könnte eine Basis für therapeutische Ansätze darstellen.