CD14

Das 55 kDa große Glykoprotein CD14 weist eine flexible hufeisenförmige Struktur auf (ZANONI u. GRANUCCI 2013) und existiert zum einen als zellmembrangebundener, glykosylphosphatidylinostitol(GPI)-geankerter Oberflächenrezeptor (mCD14) und zum anderen als lösliches Protein ohne die GPI-Verankerung (sCD14). Das sCD14 wird entweder direkt, als alternative Splicing-Variante ohne exprimierten GPI-Anker, gebildet oder entsteht als 49 kDa Molekül nachträglich aus der membrangebundenen Form durch Proteolyse der zellulären Verankerung (DURIEUX et al. 1994). Die Erstbeschreibung von CD14 war die eines Monozytenmarkers (GOYERT et al. 1986). Vor der Entdeckung des Toll-Like-Receptor 4 (TLR4) wurde CD14 dann im Zusammenhang mit der Erkennung bakteriellen LPS als eigenständiger sogenannter Pattern-Recognition-Receptor (PRR) beschrieben (PUGIN et al. 1994). Nach heutigem Wissensstand zählen zur Gruppe der PRRs sowohl die oberflächenassoziierten TLRs, „C-type lectin like receptors“ (CLRs) und „scavenger receptors“ als auch die löslichen, intrazellulären

„RIG-I-like receptors“ (RLRs) und „NOD-like receptors“ (NLRs) (BLANDER u.

SANDER 2012). PRRs werden von einer Vielzahl immunologischer und nicht-immunologischer Zellen exprimiert und dienen der zellulären Erkennung strukturell

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konservierter Antigenstrukturen und anschließender Aktivierung immunologischer Signaltransduktionswege.

2.5.1 Funktion von CD14

CD14 selbst gilt heute als Ko-Rezeptor von TLR2 und TLR4 und dient somit der Erkennung von zellwandstämmigem Peptidoglykan und LPS grampositiver und gramnegativer Bakterien (WRIGHT et al. 1990; PUGIN et al. 1994). Mittlerweile wurde CD14 aber auch als Ko-Rezeptor von TLR3,6,7 und 9 (AKASHI-TAKAMURA u. MIYAKE 2008; BAUMANN et al. 2010; C. WEBER et al. 2012) und auch im Zusammenhang mit der Erkennung apoptotischer Zellen durch Makrophagen beschrieben (SCHLEGEL et al. 1999; DEVITT et al. 2004). Somit nimmt das Molekül durch die Bindung eines breiten Spektrums an Liganden eine wichtige Rolle innerhalb immunologischer Prozesse ein. Als Ko-Rezeptor von TLR4 bindet das N-terminale Ende des CD14-Moleküls verschiedene Anteile des LPS und bildet zusammen mit dem „lipopolysachharid-binding-protein“ (LBP) einen Komplex, der wiederum an TLR4 bindet (ZANONI u. GRANUCCI 2013). Im klassischen Fall führt die Bildung des LPS/CD14/TLR4 Komplexes zusammen mit dem TLR4 assoziierten MD2 Molekül zunächst zur Signaltransduktion durch die Adaptermoleküle „toll interleukin 1 receptor (TIR) domain containing adapter protein“ (TIRAP) und „myeloid differentiation primary response gene“ (MyD88) zu einer frühen Aktivierung und nukleären Translokation von „nuclear factor kappa light chain enhancer of B-cells“

(NFκB) und auch zur Aktivierung von „mitogen-activated-protein-kinases“ (MAPKs) (AKIRA u. HOSHINO 2003). Die Aktivierung von NFκB schließlich führt u.a. zu einer erhöhten Transkription von IL-1β, IL-6, IL-12 und TNFα, die dann wiederum eine frühe proinflammatorische Immunreaktion einleiten (BLANDER u. SANDER 2012).

Im Anschluss an dieses frühe Ereignis wird TLR4 dann in einer CD14-abhängigen Weise endozytiert, woraufhin ein zweiter Signaltransduktionsweg durch die Adaptermoleküle „TIR-domain containing adaptor inducing interferon β“ (TRIF) und

„TRIF related adaptor molecule“ (TRAM) eingeleitet wird, der über die Aktivierung von „interferon regulatory factor 3“ (IRF3) zu einer Sekretion von Interferonen vom Typ I (IFNα und IFNβ) und zusätzlich zu einer weiteren, späten Aktivierung von NFκB führt (ZANONI et al. 2011). Des Weiteren existiert ein eigenständiger, TLR-unabhängiger, Signalweg von CD14, der eine Aktivierung von „nuclear factor of activated T-cells“ (NFAT) bewirkt und somit u.a. die Apoptoseinduktion dendritischer Zellen (DC), B-Zelldifferenzierung und Prostaglandin E2 (PGE2) -Sekretion einleitet (ZANONI et al. 2009; ZANONI u. GRANUCCI 2013). Studien zeigten, dass CD14 zwar für die Erkennung geringer LPS Dosen in vitro und in vivo zwingend erforderlich ist, die TLR4-Aktivierung durch höhere LPS Dosen oder durch das Vorhandensein

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lebender Bakterien aber auch unabhängig von CD14 stattfinden kann (MOORE et al.

2000; LLOYD-JONES et al. 2008). Dieser CD14-unabhängige TLR-Signalweg führt ausschließlich zu einer Aktivierung des MyD88 Weges, der TRIF Weg kann nur in Anwesenheit von CD14 aktiviert werden (JIANG et al. 2005). CD14 wird innerhalb des angeborenen Immunzell-Kompartimentes hauptsächlich von myelomonozytischen Zellen exprimiert, kommt aber auch auf der Oberfläche neutrophiler Granulozyten vor (GOYERT et al. 1986; SIMMONS et al. 1989).

Innerhalb des adaptiven Immunsystems konnte eine CD14 Expression von B-Zellen (ZIEGLER-HEITBROCK et al. 1994), bisher aber nicht von T-Zellen gezeigt werden.

Das sCD14 ist in der Lage auch an Zellen zu binden, die kein mCD14 tragen und in diesen Zellen eine LPS Erkennung über TLR4 einzuleiten (FREY et al. 1992). Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass auch IECs sowohl mCD14 exprimieren als auch dass sie eine erhebliche Menge an sCD14 sezernieren (HORNEF et al. 2002;

ORTEGA-CAVA et al. 2003). Innerhalb von CED konnten einige Autoren Promotorpolymorphismen im Cd14 Gen im Zusammenhang mit einer erhöhten Erkrankungsrate an MC und CU zeigen (KLEIN et al. 2002; GAZOULI et al. 2005), andere Autoren konnten hier keine Assoziation zu CED beschreiben (ARNOTT et al.

2004; PETERS et al. 2005). Interessanterweise exprimieren humane residente Makrophagen unter homöostatischen Bedingungen keinerlei CD14 im Darm (SMITH et al. 2001), in CED Patienten hingegen ist die CD14 Expression durch die Rekrutierung inflammatorischer Makrophagen deutlich erhöht (ROGLER et al. 1997;

FROLOVA et al. 2008; LAKATOS et al. 2011). Somit scheint CD14 innerhalb der Pathogenese humaner CED eine Rolle zu spielen.

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Nach der Identifizierung von CD14 als Kandidatengen innerhalb einer Il10^-/--basierten Kolitis wurden quantitative Expressionsanalysen von Cd14 im Darmgewebe zwischen Mäusen der Stämme C57BL/6J (B6) und C3H/HeJBir (C3Bir) durchgeführt.

Hierbei konnte eine wesentlich höhere Cd14 mRNA Expression von C3Bir im Vergleich zu B6 gezeigt werden. Des Weiteren wiesen Mäuse mit einem Il10- Knockout ebenfalls höhere Cd14 Genexpressionen im Darm auf als entsprechende Wildtypen (M. F. DE BUHR et al. 2006). Dieser Expressionsunterschied konnte auf eine CD14 Expression der IECs, aber v.a. auf unterschiedliche sCD14 Konzentration im Darmgewebe zwischen den beiden Stämmen zurückgeführt werden (MAIKE DE BUHR 2008). Analysen der Cd14-Promotorregion ließen eine erhöhte Promotoraktivität des Cd14 Gens von C3H im Vergleich zu B6 erkennen (HEITKAMP 2012). Versuche mit Cd14-defizienten Mäusen zeigten sowohl auf B6- als auch auf C3Bir-Hintergrund eine höhere Empfänglichkeit der Tiere gegenüber einer DSS-induzierten Kolitis. Innerhalb der Il10^-/--basierten chronischen Kolitis zeigten

Abbildung 3: Signaltransduktionswege durch CD14

1: Der LBP/LPS/CD14-Komplex aktiviert den MyD88-abhängigen

Signaltransduktionsweg, der zu einer Aktivierung und nukleären Translokation von NFκB führt.

2: Im Anschluss daran wird TLR4 in einer CD14 abhängigen Weise endozytiert und der TRIF-abhängige Signaltransduktion eingeleitet. Dieser führt letztendlich zur Bildung von Typ 1 Interferonen.

3: Ein TLR-unabhängiger CD14 Signaltransduktionsweg existiert in der Aktivierung von NFAT, was u.a. zur Differenzierung von B-Zellen, Apoptose dendritischer Zellen (DCs) und zu einer Sekretion von PGE2 führt.

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doppeltdefiziente Cd14^-/-Il10^-/- Mäuse eine deutlich höhergradige Darmentzündung als die Il10-defizienten Kontrollen (M. F. DE BUHR et al. 2009). Keimfrei gehaltene Mäuse, die mit E. coli Nissle monoassoziiert wurden, wiesen schließlich eine erhöhte bakterielle Translokationsrate in Leber und Milz auf als entsprechende Cd14-kompetente Kontrolltiere und zeigten innerhalb des Darms auch höhere Zell-Apoptoseraten als diese (BASIC 2014). Somit existiert vermutlich ein protektiver Effekt von Cd14 auf den Verlauf einer experimentellen Darmentzündung, wahrscheinlich über die Stärkung intestinaler Barrieremechanismen.