Die Signalvermittlung im aktivierten Makrophagen

Die beschriebenen PRRs („pattern-recognition receptors“) sind für die Erkennung mykobakterieller Antigene und die daran anschließende Signalvermittlung von Relevanz. Eine Aktivierung von Makrophagen über TLR2 gilt als gesichert und konnte für unterschiedliche Mykobakterien wie M. tuberculosis und M. avium avium (MAA) gezeigt werden (LIEN et al. 1999; MEANS et al. 1999). Als „Aktivierungsgrad“

des Makrophagen wurde in den meisten Studien die Genexpression verschiedener Effektormoleküle gemessen. Dazu zählen die proinflammatorischen Zytokine IL-1, IL-6 und TNF-α, Chemokine wie IL-8, Adhäsionsmoleküle wie ICAM-1 und synthetisierte reaktive Sauerstoffradikale (reactive oxygen intermediates; ROIs) und Stickstoffradikale (reactive nitric intermediates; RNIs) (GORDON 2003). Im Hinblick auf mykobakterielle Infektionen sind vor allem TNF-α, aufgrund seiner Funktion in der Granulombildung, und ROIs und RNIs, die in der Zerstörung phagozytierter Mikroorganismen beteiligt sind (NATHAN u. SHILOH 2000) von Bedeutung.

Desweiteren signalisieren ROIs und RNIs zellulären Stress und aktivieren stress-sensitive Kinasen wie p38 MAPK (mitogen-activated protein kinase) und JNK (c-Jun amino-terminal kinase; SAPK: stress-activated protein kinase) (SAYRE et al. 2000).

MAPKs kommen in allen eukaryontischen Zellen vor und regulieren die Expression von Genen der Apoptose und Entzündung (DONG et al. 2002).

Die genauen Signalvermittlungswege, d. h. die Mechanismen der komplexen Signaltransduktionskaskade von der mykobakteriellen Rezeptoraktivierung bis hin zur Genexpression sind bisher weitgehend unklar. Jedoch konnten Schorey &

Cooper (2003) der p38 MAPK eine zentrale Rolle in der Signalvermittlung zuweisen (SCHOREY u. COOPER 2003). Infektionsstudien von Tse et al. (2002) mit MAA unterstützen diese Hypothese. Es konnte eine Abhängigkeit der IL-10 Expression von der Aktivierung der p38 MAPK gezeigt werden (TSE et al. 2002). Desweiteren kommt es zu einer konstitutiven Aktivierung von p38 MAPK durch apathogene im Vergleich zu einer nur kurzzeitigen Aktivierung durch virulente MAA-Stämme (ROACH u. SCHOREY 2002). Keinerlei Hinweise gibt es bisher über eine

induziertes Zytokinexpressionsprofil, jedoch fehlen jegliche Hinweise zur Modulation rezeptorvermittelter Signaltransduktionskaskaden sowie zur Genregulation (COUSSENS et al. 2005; WEISS et al. 2004).

Der genaue Mechanismus, über den bakterielle Antigene eine Immunantwort induzieren, ist sehr komplex. Der Makrophage kann durch eine Ligand-Rezeptor-Interaktion in seiner Aktivität gehemmt oder stimuliert werden. Hierzu muss ein extrazelluläres Signal über intrazelluläre Signaltransduktion durch die Zelle in den Zellkern weitergeleitet werden. In Abbildung 1 sind essentielle Komponenten der mykobakteriellen Makrophagenaktivierungskaskade schematisch dargestellt, wobei die Signalvermittlung über TLRs (Toll-like Rezeptoren) im Mittelpunkt steht, da hier bereits eine Vielzahl involvierter Proteine charakterisiert sind.

Toll-like Rezeptoren sind Typ I Membranproteine mit einer extrazellulären Domäne aus 19 bis 25 Tandemkopien von leucin-rich repeats (LRRs) und einer dem IL-1 Rezeptor ähnlichen zytoplasmatischen Toll/IL-1 Rezeptor (TIR)-Domäne (AKIRA u. TAKEDA 2004). Die Signaltransduktion der TLRs wird über unterschiedliche Adapterproteine weitergeleitet. MyD88 (myeloid differentiation primary response protein) nimmt dabei eine zentrale Rolle ein. Es bindet an die TIR-Domäne und rekrutiert die IRAKs (IL-1 receptor-associated kinases), welche nach Phosphorylierung mit TRAF6 (TNF receptor-associated factor 6) interagieren (CAO et al. 1996a; CAO et al. 1996b). TRAF6 wird somit durch IRAKs aktiviert und vermittelt schließlich eine Aktivierung von TAK1 (transforming growth factorβ-activated protein kinase), MAPKs (mitogen-factorβ-activated protein kinases) und eine Freisetzung des Transkriptionsfaktors NFkB über eine Phosphorylierung des Inhibitorproteins IkB (KARIN u. BEN NERIAH 2000; LI u. KARIN 2000).

Im Fall der TLR2 und TLR4 ist ein weiteres Adapterprotein an der Signalstransduktion beteiligt. Das sogenannte Mal/TIRAP wurde zuerst von Horng et al. (2001) nachgewiesen. Die Arbeitsgruppe konnte TIRAP eine Funktion in der MyD88-unabhängigen Signaltransduktion von TLR4 zuweisen (HORNG et al. 2001).

Yamamoto et al. (2002) jedoch führten Studien an MyD88-defizienten Mäusen durch und zeigten, dass TIRAP nicht spezifisch ist für TLR4 und nicht im MyD88-unabhängigen sondern im MyD88-abhängigen Signalweg von TLR2 und TLR4 partizipiert (YAMAMOTO et al. 2002). Über die genaue Adapterfunktion herrscht somit noch Unklarheit. In aktuellen Untersuchungen an MyD88-knockout Mäusen

wurden von Selvajaroo wiederum neue Komponenten des MyD88-unabhängigen Signalwegs von TLR4 beschrieben (SELVARAJOO 2006).

Als gesichert gilt ein weiterer MyD88-unabhängiger Signalweg, der durch das TIR-Domänen-Adaptermolekül TICAM-1 (TIR-domain containing adapter molecule-1), auch als TRIF (TIR-comain containing adapter inducing IFNβ) bezeichnet, vermittelt wird. Dieser Signalweg konnte durch eine Aktivierung von TLR3 über virale doppelsträngige RNA nachgewiesen werden und führt zur Aktivierung des Interferon-regulierenden Faktor-3 (IRF-3) (HOEBE et al. 2003; OSHIUMI et al. 2003).

Für mykobakterielle Bestandteile wie LM, PIM, ManLAM (M. tuberculosis, M. bovis), PILAM (M. smegmatis) und AraLAM (M. chelonae) wurde bisher nur eine Signalvermittlung über TLR2 mittels MyD88 nachgewiesen (JONES et al. 2001;

QUESNIAUX et al. 2004b; VIGNAL et al. 2003). Die von Means et al. (1999) dargestellte Signalvermittlung über TLR4 durch hitzeinstabile Zellwandkomponenten von M. tuberculosis konnte bislang nicht reproduziert werden (MEANS et al. 1999).

Unklarheit herrscht auch über die Beteiligung von NOD-vermittelten Signaltransduktionskaskaden nach mykobakteriellen Infektionen sowie über die Bedeutung von AREs (adenylate uridylate-rich elements) und die von ihnen regulierte Stabilisierung verschiedener mRNAs (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1. Model einer Mykobakterien-vermittelten Makrophagenaktivierung. Die Erkennung mykobakterieller Antigene erfolgt über den Mannoserezeptor, den scavenger-Rezeptor, Komplementrezeptoren, CD14, DC-SIGN und TLRs. Über die Aktivierung von TLR2 alleine oder in Assoziation mit TLR1 und TLR6 kommt es über den MyD88-Signalweg alleine oder in Kombination mit dem weiteren Adapterprotein Mal/TIRAP zur Rekrutierung von Serin/Threoninkinasen (IRAKs) und einer anschließenden Komplexbildung von IRAK mit TRAF6. Die Signalkaskade mündet u. a. in der Aktivierung der drei MAPKs ERK1/2, JNK und p38 und der daraus resultierenden Aktivierung von Transkriptionsfaktoren wie AP-1, c-Jun/Fos, ELK1 und NFkB, der auch direkt durch TRAF oder NOD2 aktiviert werden kann. Es kommt zur Transkription spezifischer, entzündungsrelevanter Gene, deren mRNAs z. T. AREs aufweisen. Die Bindung von AREBPs an diese Sequenzmotife fördert oder verlangsamt die Degradierung der mRNA durch Deadenylierung. In diese posttranskriptionelle Regulation ist die p38 MAPK und vermutlich auch TIRAP involiert. AP-1: activator protein-1;

AREBP: AU-rich binding protein; CD14: cluster of differentiation 14; JNK: c-Jun N-terminal kinase, DA: deadenylase; DC: dendritic cell; ERK: extrazellular signal-related kinase; IκB: inhibitor of kappaB;

IRAK: IL-1 receptor associated kinase; LAM: Liparabinomannan; LM: Lipomannan;

MR: Mannoserezeptor; NFκB: nuclear factor kappaB ; NOD2: nucleotide-binding oligomerisation domain protein 2; KR: Komplementrezeptor; PIM: Phosphatidylinositolmannosid; R: Ribosom;

SCR: scavenger receptor; TIRAP: TIR domain adapter protein; TLR: Toll-like receptor;

TRAF: TNF receptor associated factor.