Lebenszyklus dendritischer Zellen

Als antigenpräsentierende Zellen unterlaufen dendritische Zellen einen wohl definierten Lebenszyklus, in dessen Verlauf sich sowohl morphologische als auch funktionelle Änderungen vollziehen. In jedem Stadium ihrer Entwicklung üben DC eine charakteristische Funktion aus, die bei der Wahl der zu verwendenden DC zu unterschiedlichen therapeutischen Zwecken, zu berücksichtigen ist. Auch die verschiedenen Subpopulation sind bei der Auswahl zu berücksichtigen (LIU et al. 2005). So wäre es offensichtlich ein fataler Fehler, würde man immun-toleranz-induzierende DC für die Tumortherapie einsetzen. Nur genaue Kenntnis des DC-Reifungszustandes kann hier prophylaktisch wirksam sein.

2.3.2.1 Rekrutierung von DC

Frisch gebildete, sogenannte unreife (oder immature iDC) DC wandern vom Knochenmark durch den Blutstrom in nicht lymphatische Gewebe ein. Dort werden einige zu ortsansässigen DC z.B. durch Interaktion mit E-Cadherin bei Langerhanszellen (CAUX et al. 2000), während der größte Teil weiterwandert. Es befindet sich stets eine relativ konstante Zahl von DC in der Blutbahn. Dies gewährleistet, dass sie bei Anwesenheit eines Antigens schnell zum Ort der Noxe wandern können. Dafür müssen sie vom Endothel des Blutgefässes in das betreffende Gewebe gelangen, was die Interaktion mit verschiedenen Selektinen, Chemokinen und Integrinen erfordert (DEL et al. 2006). ROBERT et al. (1999) konnten zeigen, dass E- und P-Selektine bei der Migration durch das Endothel notwendig sind. Dass Metalloproteasen für den Weg durch das Endothel von Bedeutung sind, konnte ebenfalls bewiesen werden (CAUX et al. 2000). Dabei wurde auch festgestellt, dass verschiedene inflammatorische Chemokine unterschiedliche DC-Subtypen rekrutieren können (CAUX et al. 2000). Unreife DC exprimieren z.B. die Chemokinrezeptoren CCR1 und CCR5, welche die Rezeptoren für einige inflammatorische Chemokine wie z.B. 1α („macrophage inflammatory protein“), MIP-1β und RANTES (regulated upon activation, normal T-cell expressed and secreted) darstellen. Nach Reifeinduktion werden diese Chemokinrezeptoren wieder herunterreguliert und CCR7 wird exprimiert (COATES et al. 2004). Dieser Rezeptor erkennt Chemokine, welche in lymphoiden Organen produziert werden und sorgt dafür, dass die DC nach Antigenaufnahme die inflammatorischen Gebiete wieder verlassen können.

2.3.2.2 Antigenaufnahme

In den meisten Geweben liegen DC in ihrer unreifen Form vor, in der sie kaum T-Zell-stimulatorische Kapazität aufweisen, dafür aber sehr effektiv Antigene aufnehmen können.

Dies kann durch Makropinozytose, rezeptorvermittelte Endozytose oder Phagozytose vonstatten gehen. Durch Makropinozytose können von DCs bis zu 3µm große Vesikel aufgenommen werden, während andere Zellen nur Moleküle bis zu 1µm Durchmesser aufnehmen können. Die rezeptorvermittelte Endozytose erfordert die Bindung eines Antigens an einen Rezeptor auf der DC. Dafür exprimieren DC z.B. Fc-Rezeptoren (BAJTAY et al.

2006; SALLUSTO et al. 1995), das Mac-1-Molekül (CD11b/CD18-Komplex), CD14 (RESCIGNO et al. 1999), den Mannoserezeptor, DEC-205 (JIANG et al. 1995; SALLUSTO et al. 1995; TAN et al. 1997) und eine Reihe von Toll-like-Rezeptoren (TLR) (MEDZHITOV 2001). Über Fc-Rezeptoren werden Antigene aufgenommen, die an Antikörper gebunden haben. Der Rezeptor erkennt dabei den Fc-Teil des Antikörpers. Mac-1 befindet sich dagegen in intrazellulären Vesikeln der DC und wird erst nach einem Chemokinsignal an die

Zelloberfläche transportiert. Dort fungiert das Molekül als Rezeptor für die Komplementkomponente C3b und initialisiert die Phagozytose komplementgebundener Bakterien. Der Mannose-Rezeptor zeichnet sich durch eine hohe Affinität zu Karbohydraten aus und ist daher für die Internalisierung von mannosylierten Proteinen von Bedeutung. CD14 gilt als Rezeptor für den Komplex aus Lipopolysaccharid (LPS, Zellwandbestandteil gramnegativer Bakterien) und lipopolysaccharidbindendem Protein (LBP). Die Toll-like-Rezeptoren 2 und 4 (TLR2 und TLR4) konnten ebenfalls als Toll-like-Rezeptoren für LPS identifiziert werden (POLTORAK et al. 1998; VISINTIN et al. 2001; YANG et al. 1998). Diese Rezeptoren gehören der Familie der Transmembranrezeptoren Typ I an, von denen mittlerweile eine ganze Reihe beim Menschen identifiziert werden konnten. Jeder TLR hat dabei seine spezifischen Liganden und löst bei Bindung eine spezifische Immunantwort aus (MEDZHITOV 2001, THOMA-USZYNSKI et al. 2000). Werden DC z.B. über den TLR-2 aktiviert, sezerinieren die Zellen das IL12 inhibierende Homodimer p40, was eine Th2 polarisierte Immunantwort unterstützt, während eine Aktivierung der DC über TLR-4 zur Sekretion von IL12 und IFNγ und einer damit einhergehenden Th1 Polarisation führt (MEDZHITOV 2001; RE u. STROMINGER 2001; THOMA-USZYNSKI et al. 2000).

Nekrotisches oder apoptotisches Zellmaterial wird von DC meist durch Phagozytose aufgenommen wobei die DC das Material mit pseudopodienartigen Ausläufern umschließen.

MAHNKE et al. (2003) diskutieren den Einfluss der Antigenaufnahme auf die Funktion der DC. Sie postulieren, dass die Art des Antigens und der Weg der Aufnahme in die DC entscheiden, ob eine periphere Toleranz oder Immunantwort induziert wird.

2.3.2.3 Antigenprozessierung und Antigenpräsentation

Dendritische Zellen können Antigene über MHC-I und MHC-II-Moleküle präsentieren. Über welches Molekül das Antigen präsentiert wird, entscheidet meist die Herkunft des Antigens.

Wird eine Zelle beispielsweise durch Viren transformiert, synthetisiert sie Proteine im Zytosol, die von dem Virusgenom codiert werden. Diese Proteine viralen Ursprungs werden, wie alle zellulären Proteine und somit auch Tumorantigene, im Zytosol mit Ubiquitin markiert und durch sogenannte multikatalytische Proteasenkomplexe (Proteasome) der Zelle zu Peptidfragmenten gespalten. Dieser Vorgang wird als Prozessierung bezeichnet. Durch die Prozessierung entstehen viele kleine Peptidfragmente, welche zu sogenannten TAP-Molekülen („transporters associated with antigen processing“) transportiert werden. Ihre Aufgabe besteht in dem Transport der Peptide in das Endoplasmatische Retikulum der Zelle, wo die Beladung und Bildung der MHC-I-Moleküle stattfindet. Dieser Peptid-MHC-I Komplex wird nun über den Golgi-Apparat an die Zelloberfläche gebracht, wo er von T-Zellen über ihren spezifischen T-Zellrezeptor (TCR) erkannt wird. Auch das

MHC-II-Molekül wird im endoplasmtaischen Retikulum gebildet, allerdings wird dort die Bindungsstelle für das Peptid von einer invarianten Kette blockiert und das MHC-II-Molekül stabilisiert. Fusioniert aber ein Endosom mit aufgenommenen, exogenen Proteinen mit dem MHC-II-Molekül, wird die invariante Kette abgespalten und das MHC-II-Molekül kann das antigene Peptid binden. Nach Fusion des Endosoms mit der Plasmamembran der Zelle wird der Peptid-MHC-II-Komplex auf der Zelloberfläche präsentiert.

Zu beachten ist aber, dass die Prozessierungswege der Proteinspaltung und MHC-Beladung von MHC I und II nicht absolut getrennt sind. REIMANN et al. (1994) konnte zeigen, dass auch exogene, aufgenommene Proteine über MHC-I präsentiert werden können. Dieser Mechanismus der exogenen MHC-I-Beladung wird auch als „cross presentation“ bezeichnet.

Bei dendritischen Zellen konnte zudem ein Weg der MHC-I-Beladung gezeigt werden, der die Notwendigkeit der Aufnahme exogener Proteine sogar gänzlich umgeht (DAVOUST u.

BANCHEREAU 2000). Es wird postuliert, dass sich auf der Zelloberfläche Proteasen (z.B.

die Metalloprotease CD13) befinden, welche Proteine spalten können und leere MHC-Moleküle auf der Zelloberfläche direkt mit Peptiden beladen werden.

Ob allerdings mögliche Peptidliganden für das MHC-I-Molekül in den Proteasomen der Zelle gespalten werden können, hängt von der Aminosäurefrequenz und dem c-terminalen Ende des Proteins ab. TANAKA u. KASAHARA (1998) zeigten, dass IFN-γ in Zellen einen Wechsel innerhalb der Proteasomen hervorruft. Die katalytischen Untereinheiten, auch als β1, β2 und β5 bezeichnet, werden durch homologe Untereinheiten ersetzt und bilden die sogenannten Immunproteasomen. Der Unterschied beider Proteasomtypen liegt dabei in ihrer Spaltungspräferenz, wobei Immunproteasomen bezüglich ihrer Produktion MHC-I bindender Peptide effizienter sein sollen.

Auch hier bilden dendritische Zellen eine Ausnahme, da sie konstitutiv Immunproteasomen besitzen, unabhängig von einer vorherigen Induktion durch INF-γ. Unreife DC, wie sie zum Beispiel aus Monozyten des peripheren Blutes generiert werden können, enthalten nach MACAGNO et al. (1999) Proteasomen und Immunproteasomen in gleichen Mengen, wohingegen voll ausgereifte DC (siehe 2.3.2.4) nur Immunproteasomen tragen.

2.3.2.4 Reifung dendritischer Zellen

Nach der Antigenaufnahme begeben sich die DC auf eine Wanderung über die afferenten Lymphbahnen zu den Lymphknoten. Während dieser Wanderung vollziehen sich eine Reihe von phänotypischen, morphologischen und funktionellen Veränderungen (JONULEIT et al.

antigenaufnehmende Zelle (iDC) wird durch diese Veränderungen zu einer reifen (maturen), antigenpräsentierenden Zelle (mDC) mit hoch effizientem stimulatorischem Potential. Es kommt zu einer erhöhten Expression von MHC-I und MHC-II-Molekülen, sowie der Kostimulations- und Adhäsionsmoleküle wie z.B. CD80, CD86, CD83, CD54 und CD40.

CD83, dessen Funktion noch nicht hinreichend bekannt ist, wird dabei als besonderer Reifungsmarker angesehen (LECHMANN et al. 2001). Ferner wird die Expression des Homing-Faktors CCR7 induziert und die Expression anderer Chemokinrezeptoren (z.B.

CCR6) vermindert. Der Reifungsprozess ist zudem durch die Sekretion verschiedener Zytokine und einiger morphologischer Veränderungen charakterisiert. So zeigen reife DC (mDC) sehr lange Ausläufer, wahrscheinlich um ihre Oberfläche zu vergrößern und so T- und B- Lymphozyten mehr Kontaktfläche zu bieten. In den T-Zellregionen der Lymphknoten findet schließlich die antigenspezifische Stimulation der Lymphozyten durch die maturen DC (mDC) statt (STEINMAN et al. 1988; STEINMAN 1991). Die Reifung der DC stellt funktionell einen sehr wichtigen Prozess dar, da unreife DC keine Immunantwort, sondern Toleranz induzieren (JONULEIT et al. 2000; JONULEIT et al. 2001).

In vitro kann die Reifung der iDC zu mDC u.a. durch Zugabe von TNFα (SALLUSTO u.

LANZAVECCHIA 1994), CD40-Ligand (BANCHEREAU et al. 1995; FELZMANN et al.

2001), LPS (SALLUSTO et al. 1995) und monozytenkonditioniertem Medium (REDDY et al.

1997) induziert werden. Daneben werden verschiedene Zytokincocktails beschrieben, die ebenfalls eine in vitro Reifung der DC induzieren sollen. STEINBRINK et al. (2000) geben ein Gemisch aus IL1β, IL6, TNFα und Prostaglandin E2 an.