Projekte 2015 – 2019
Checkpoint A: Wechsel von pro- zur anti-entzündlichen Zytokin Ausschüttung
Es ist bekannt, dass der Ausbruch, Höhepunkt und die Auflösung von Entzündung auf dem wellenartigen Eindringen von weißen Blutkörperchen (Lymphozyten) basiert. Die Anfangsphase der Entzündungsreaktion ist durch die sogenannten Neutrophile Granulozyten dominiert. Die spätere Auflösungsphase ist gekennzeichnet durch die Fresszellen sogenannte Makrophagen und insbesondere durch die Eosinophile.
Somit könnte ein effektives Stoppen der Entzündung durch die entzündungsfördernde Zytokinen-Produktion durch Makrophagen erreicht werden. Zytokine sind regulatorische Proteine, die den Entzündungsvorgang anstoßen. Der Schalter zwischen der pro- und anti-entzündlichen Zytokinantwort scheint eine Entscheidungsebene zu sein, ob die Entzündung sich chronifiziert oder nicht. Somit ist es wichtig die zellulären Mechanismen zu entziffern, die diesen Schalter kontrollieren.
A01: Die Rolle von Th2 Zellen und Eosinophilen in der Resolution entzündlicher Arthritis
Die rheumatoide Arthritis ist eine der häufigsten chronisch entzündlichen Erkrankungen. Sie zeichnet sich durch eine ausgeprägte Chronifizierung aus und bedarf daher meist einer lebenslangen Immunsuppression. Die fehlende spontane Auflösung der Entzündung und die damit verbundene Schädigung der Gelenke ist dabei die große Herausforderung im Umgang mit dieser Erkrankung. Bis heute sind die Faktoren, die zur Auflösung der rheumatoiden Arthritis führen unbekannt.
Das Ziel in unserem Projekt ist, die zellularen und molekularen Signalwege zu definieren, die zur Auflösung der Entzündung bei rheumatoider Arthritis führen. Dafür werden wir einen Mechanismus der Immunantwort unter die Lupe nehmen, der bei Allergien bekannt ist, aber im Bereich Arthritis weitestgehend unerforscht ist. Wir nehmen an, dass spezifische T Zellen (Th2 Zellen) zusammen mit eosinophilen Granulozyten sowie alternativ-aktivierte Makrophagen (AAM) zur Auflösung der Entzündung bei rheumatoider Arthritis beitragen.
In unseren bisherigen Arbeiten konnten wir zeigen, dass eine stabile Aktivierung der Th2-AAM-Eosinophilen Achse, den Verlauf der Arthritis lindert und die Krankheitsdauer abkürzt. Diese Ergebnisse wollen wir nützen um den zellulären und molekularen Mechanismus des Auflösungsprozesses der Entzündung bei Arthritis zu charakterisieren. Um eine schnelle Translation der Ergebnisse in die klinische Praxis zu erzielen, analysieren wir die Th2-AAM-Eosinophil Achse auch in Patienten mit rheumatoider Arthritis, wobei wir deren Effekt auf eine erfolgreiche Reduktion oder sogar Absetzen von immunsuppressiven Medikamenten untersuchen. Diese Analysen ermöglichen uns, ein umfassendes Bild über die Mechanismen der Auflösung bei Arthritis zu erhalten und potentielle neue Behandlungsstrategien zu entwickeln.
Projektleiter
Aline Bozec Georg Schett
A02: Rolle von IL-4/IL-13-induzierter alternativ aktivierender Makrophagen während des Rückgangs der Entzündungsreaktion
Alternativ aktivierte Makrophagen (AAMs) sind eng mit dem Gewebeumbau, der Wundheilung und Auflösung von Entzündung verbunden. Die Entwicklung von AAMs ist wesentlich von den Zytokinen IL-4 und IL-13 abhängig, die an ähnliche Rezeptoren auf der Zelloberfläche binden. IL-4 und IL-13 aktivieren vor allem den Transkriptionsfaktor STAT6, der das Entwicklungsprogramm von AAMs bestimmt.
In diesem Projekt untersuchen wir die Beteiligung von AAMs an der Auflösung von Entzündung in der Lunge und im Darm. Wir werden mögliche Unterschiede zwischen den Genexpressionsprofilen der Zytokine IL-4 und IL-13 induzierten AAMs im Tiermodell und in menschlichen Proben zu analysieren. Zudem werden wir STAT6 Zielgene in Makrophagen mittels einer genomweiten Chromatin Immunopräzipitations-Analyse bestimmen. Durch den Einsatz einer konstitutiv-aktiven Variante von STAT6 werden wir bestimmen, ob aktiviertes STAT6 alleine ausreichend für die AAM Differenzierung ist. Um die Rolle von AAMs bei der Auflösung der durch Helminthen ausgelösten Lungenentzündung zu erforschen, haben wir neue Tiermodelle generiert, mit denen sich AAMs in vivo verfolgen und deletieren lassen.
Projektleiter
David Vöhringer
Team
Branislav Krljanac Christoph Koch Cornelia Symowski Jörg Eberle
A03: Untersuchung der differenziellen Rolle von endogenen Alarminen in der Initiation und Auflösung von sterilen Entzündungsreaktion
Nach der Gewebeschädigung und der zellulären Nekrose, lösen Alarmins wie IL-1α, IL-33 und High-Mobility-Group-Protein B1 (HMGB1, ein Eiweiß, das von abgestorbenen Zellen freigesetzt wird) gemeinsam eine Entzündungsreaktion über das Signaladapatermolekül MyD88 aus. Normalerweise ist diese sterile Entzündung beendet und die Gewebereparatur ist ausgelöst. Mechanismen, die aktiv solche auflösungsfördernde Ereignisse initiieren sind bisher kaum verstanden.
Unsere Vorarbeiten zeigen, dass der von nekrotischen Zellen abgeleitete Botenstoff IL-33 nicht nur zu einer durch Nekrose induzierten Entzündung beitragen, sondern ebenso die Auflösung koordinieren und zudem die Beseitigung von nekrotischem Gewebe fördern.
In diesem Projekt planen wir die Doppelrolle von IL-33 als Antwort auf die Gewebeschädigung zu beschreiben. Unsere vorläufigen Daten weisen darauf hin, dass die auflösungsfördernden Eigenschaften von IL-33 an der Ausweitung und Differenzierung von alternativ-aktivierten Markrophagen (AAMs) beteiligt sind. Wir legen besondere Aufmerksamkeit auf den Einfluss dieser Zytokine auf die Makrophagen Differenzierung und Funktion. Weiter versuchen wir die molekularen Mechanismen, die den divergenten entzündungsfördernden und entzündungshemmenden Wirkungen von IL-33 zugrunde liegen, zu verstehen, um potentielle Ziele für die Diagnose und Therapie von Gewebeverletzung bedingter Erkrankungen zu identifizieren.
Projektleiter
Gerhard Krönke
Team
Brenda Krishnacoumar
A04: Manipulation von pro- und anti-entzündlichen Zytokinen und deregulierte Auflösung von Entzündungsprozessen in der Helicobacter pylori Infektion
Helicobacter pylori (H. pylori) ist ein paradigmatischer Vermittler für eine persistente bakterielle Infektion und chronische Entzündung beim Menschen. Die Chronifizierung der Entzündung während der H. pylori Infektion ist mit der bakteriellen Veränderung von regulatorischen Botenstoffen, die in die Auflösung von Entzündung involviert sind, verbunden. Allgemein sind regulierende Aktivitäten von pro- und anti-entzündlichen Zytokinen, wie der Tumornekrose-Faktor alpha (TNF-α), der Transformierende Wachstumsfaktor beta (TGF-β) und verschiedene Interleukine (IL-1β, IL-18 und IL-6) an der Auflösung von Entzündung und der Aufrechterhaltung der Gewebehomöostase beteiligt. Daher beeinflussen Veränderungen des Zytokin-Gleichgewichts die Entzündungsauflösung und die Eliminierung von Mikroorganismen.
Wir zielen darauf, die regulatorischen Faktoren, die in die Entzündungsauflösung einer H. pylori Infektion involviert sind, in humanen Proben und experimentellen Untersuchungen zu vergleichen. Eine dreistufige Studie, bestehend aus i) der Untersuchung der pro- und anti-entzündlichen Zytokinproduktion, ii) der Rezeptordynamik und iii) die Beteiligung von regulatorischen Molekülen, hilft uns die Chronifizierung und Auflösung einer H. pylori Infektion besser zu verstehen. Zusätzlich soll ein Screening einer Mutantenbibliothek von H. pylori die bakteriellen Faktoren identifizieren, die die molekularen Schaltstellen manipulieren, die über die Auflösung dieser Infektion entscheiden
Projektleiter
Steffen Backert
A05: Fehlregulierung von Mitgliedern der IL-36 Familie und ihr Einfluss auf die Neutrophielen-Rekrutierung bei entzündlichen Erkrankungen
Für IL-36, ein Mitglied der IL-1-Familie, konnte gezeigt werden, dass es eine zentrale Rolle bei entzündlichen Prozessen der Psoriasis spielt: Mäuse ohne IL-36-Rezeptorantagonist (IL-36Ra) weisen eine ähnlich schwere Hauterkrankung auf wie Patienten mit zwei funktionellen Mutationen im dafür kodierenden IL36RN-Gen. Letztere haben eine sogenannte generalisierte pustulöse Psoriasis (GPP), eine seltene multisystemische und potentiell lebensbedrohliche Psoriasisform mit diffuser, erythematöser Hautentzündung, die mit Polyarthritis einhergehen kann und durch epidermale Pusteln mit zahlreichen Neutrophilen charakterisiert ist. Im Krankheitsmodell für die IL36RN-vermittelte GPP wird ein Ungleichgewicht des IL-36-Signalwegs mit vermehrter Aktivierung dieses Signalwegs und eine daraus resultierende Freisetzung von pro-inflammatorischen Mediatoren angenommen. In entzündlichem arthritischen Gewebe sind sowohl IL-36α als auch IL-36Ra exprimiert. Fibroblasten reagieren auf IL-36 mit einer Aktivierung von MAP-Kinasen, was zu einer Produktion von Zytokinen/ Chemokinen, die wiederum Neutrophile anlocken, und zu einer vermehrten Proliferation von Fibroblasten führt. Mechanismen, die zu einer Auflösung von psoriatischen Erkrankungen führen, sind bisher jedoch nicht bekannt.
Unsere Hypothese ist, dass eine Deregulierung verschiedener Mitglieder des IL-36-Signalwegs zu einer Ansammlung von Neutrophilen im entzündlichen Haut- und Gelenkgewebe führt. Die Entzündung wird nicht aufgelöst, sondern aufrechterhalten. Die molekularen Mechanismen, die die Umstellung von einer pro- zu einer anti-inflammatorischen Entzündungsreaktion kontrollieren, sollen in diesem Projekt untersucht werden. Folgende Zielsetzungen sind geplant: Zunächst sollen bei GPP und anderen Psoriasisformen Mutationen in Genen, die für weitere Mitglieder des IL-36-Signalwegs kodieren, identifiziert werden. Weiterhin soll die Antwort von IL-36-Familienmitliedern bei der Psoriasisarthritis bezüglich der Anlockung von Neutrophilen und Auflösung der Erkrankung untersucht werden. Schließlich sollen weitere Gene und Signalwege für GPP und andere Psoriasiserkrankungen evaluiert werden. Derzeit gibt es keine Heilung für chronisch inflammatorische Erkrankungen. Diese Ansätze sollen neue Erkenntnisse für diese schweren entzündlichen Haut- und Gelenkmanifestationen liefern, die eine Entwicklung von neuen gezielten therapeutischen Strategien für chronisch entzündliche Erkrankungen ermöglichen können.
Projektleiter
Ulrike Hüffmeier Silke Frey
A06: Wirt- und Pathogen-Faktoren für die Auflösung oder Chronifizierung der Infektion mit Coxiella burnetii
Das obligat intrazelluläre, Gram-negative Bakterium Coxiella burnetii (C. burnetii) ist der Erreger des Q-Fiebers. Q-Fieber ist meist eine selbstabklingende grippeähnliche Krankheit, die sich aber zu einer interstitiellen Pneumonie oder Hepatitis entwickeln kann. Zudem kann die Erkrankung chronisch werden. Chronisches Q-Fieber ist charakterisiert durch bakterielle Persistenz in Makrophagen, erhöhter IL-10 Produktion, atypische M2 Polarisation von infizierten Makrophagen und einem Mangel an Granulombildung. Bis heute sind weder Faktoren des Wirts noch des Erregers in der Auflösung oder Chronifizierung der C. burnetii Infektion klar definiert.
Wir zielen darauf, aufzuklären wie der Zelltod, die Zytokinausschüttung und die intrazellulären Signalwege des Wirtes die C. burnetii Infektion beeinflussen. Durch die Erforschung der Rolle der Bakterien als auch des Wirtes wollen wir aufdecken, wie die C. burnetii Infektion erfolgreich bekämpft wird beziehungsweise sich zu einer chronischen Entzündung entwickelt. Diese Erkenntnisse könnten helfen, neue dringend benötigte Behandlungsstrategien für chronisches Q-Fieber zu entwickeln.
Projektleiter
Roland Lang Anja Lührmann
A07: Untersuchung der molekularen und zellulären Mechanismen, die für die entzündungshemmende Wirkung intravenöser Immunglobuline verantwortlich sind
Viele Autoimmunerkrankungen sind charakterisiert durch einen gleichzeitigen Verlust der humoralen Toleranz sowie durch chronische Entzündung. IgG Autoantikörper in Form von Immunkomplexen oder als zytotoxische Antikörper spielen eine entscheidende Rolle bei Gewebeentzündungen, da sie entzündungsfördernde Effektor-Signalwege in Gang bringen. Es kommt zur Freisetzung von Zytokinen, zur Aktivierung des Komplementsystems und zur Aktivierung von Zellen des angeborenen Immunsystems, indem Autoantikörper an Fc-Rezeptoren binden, welche sich auf der Oberfläche vieler Zelltypen des angeborenen Immunsystems befinden.
Abgesehen von dieser entzündungsfördernden Wirkung von IgG Autoantikörpern, können polyklonale IgG Präparationen (intravenöse Immunglobuline oder IVIg), aus dem Blut von tausenden gesunden Blutspendern gewonnen, akute und chronische Entzündungen effektiv auflösen. Obwohl dieses Präparat breiten Einsatz in der Klinik findet, ist der Mechanismus, welcher der entzündungshemmenden Wirkung von IVIg zugrunde liegt, größtenteils noch nicht bekannt. Die Mehrzahl der bisherigen Forschungsarbeiten konzentrierte sich zudem auf einen präventiven Behandlungsansatz, nicht jedoch auf die klinisch relevantere therapeutische Behandlung mit IVIg. Daher ist das zentrale Ziel dieses Projekts die Identifizierung der zellulären und molekularen Komponenten, die eine Rolle bei der immunmodulatorischen, entzündungshemmenden Wirkung von IVIg Präparaten spielen. Dies soll mit Hilfe verschiedener präklinischer und klinischer Modelle für chronische Entzündungen geschehen. Diese Untersuchungen könnten nicht nur dazu beitragen, die Wirkweise eines weitverbreiteten, anti-entzündlichen Medikaments aufzuklären, sondern ebenso neue Einblicke in den Ablauf und die Biologie natürlich vorkommender Reaktionen zur Auflösung von Entzündungsreaktionen liefern und fehlerhafte Prozesse, die dann zur Ausbildung von chronischen Autoimmunerkrankungen führen, beleuchten.
Projektleiter
Falk Nimmerjahn Diana Dudziak
Team
Christin Brückner Andrea Ipsen-Escobedo Christian Lehmann
A08: Regulation von ILC2 im Rahmen akuter und chronischer Entzündungsreaktionen
Die immunologischen Prozesse, die im Rahmen von Typ-2 Immunantworten zur Entzündungsterminierung und Gewebeheilung führen oder das weitere Fortschreiten der Erkrankung begünstigen, werden noch sehr unzureichend verstanden. Für spezifische Subpopulationen der angeborenen lymphoiden Zellen (ILC) wurde kürzlich eine zentrale Beteiligung sowohl an protektiven Immunantworten wie auch an autoimmun-vermittelten Gewebezerstörungen beschrieben. Insbesondere Zellen des Typ-2 ILC Subtyps (ILC2) konnten in vivo als wichtige Mediatoren der Typ-2 Immunantwort identifiziert werden. Eine besondere Anreicherung von ILC2 wurde dabei in Organen beobachtet, die über eine epitheliale Oberfläche verfügen (wie z.B. die Lunge). Passend dazu beschreibt deren Aktivierbarkeit durch epitheliale Zytokine (IL-33, IL-25 und TSLP) einen sehr charakteristischen Aspekt der ILC2 Funktion in der Immunantwort.
ILC2 exprimieren auf ihrer Oberfläche Lipidrezeptoren, die für die Entzündungsauflösung wichtig sind, sezernieren entscheidende Faktoren für die Gewebeheilung (z.B. Amphiregulin) und regulieren über die Produktion von IL-5, IL-9 und IL-13 die Rekrutierung von eosinophilen Granulozyten und alternativ aktivierten Makrophagen. Im Gegensatz hierzu kann eine nicht ausreichend regulierte, überschießende ILC2 Aktivierung die Ausbildung einer chronischen Entzündungsreaktion begünstigen und letztendlich eine schwere Organschädigung mit fibrotischem Gewebeumbau verursachen. Es wird somit deutlich, dass eine detailliertere Beschreibung der an der ILC2 Regulation beteiligten zellulären und molekularen Signalwege entscheidend für ein verbessertes Verständnis von immunologischen Prozessen an mukosalen Körpergrenzflächen ist. Bisher ist jedoch weitestgehend unbekannt, wie die ILC2 Funktion über immunologische Faktoren reguliert werden kann.
Erste eigene Studien konnten interessanterweise das zur IL-12 Familie gehörende Zytokin IL-27 als entscheidenden Regulator der in vitro und in vivo ILC2 Funktion in der Lunge identifizieren. Im Zentrum des nun von uns bearbeiteten Projekts wird somit die Frage stehen, auf welche Weise IL-27 in der Lage ist, das kritische Gleichgewicht zwischen der gewebeschützenden und der pro-inflammatorischen ILC2 Funktion aufrechtzuerhalten. Ferner möchten wir überprüfen, inwieweit sich die von uns grundlagenwissenschaftlich erhobenen Daten auf die immunologische Situation von Patienten übertragen lassen, die an akuten oder chronischen Lungenerkrankungen leiden.
Projektleiter
Stefan Wirtz Imke Atreya
Checkpoint B: Blockade der pro-entzündlichen Lymphozyten Aktivierung
Die Blockade der entzündungsfördernden Lymphozyten Aktivierung spiegelt ebenfalls einen Ausfall der Immuntoleranz dar, die meist dem Ausbruch einer chronisch entzündlichen Erkrankung, wie zum Beispiel die rheumatoide Arthritis, vorausgegangen ist. Diese Abfolge von pathologischen Ereignissen scheint in anderen Formen von chronisch entzündlichen Erkrankungen, wie Morbus Crohn, zu fehlen.
Chronisch entzündliche Erkrankungen sind charakterisiert durch eine gleichbleibende Aktivität des adaptiven Immunsystems und durch das Auftreten von Lymphozyten, zellulären Blutbestandteilen, welche T-Zellen, B-Zellen und natürliche Killerzellen einschließen, in Entzündungsprozessen. Wir gehen davon aus, dass die Strukturen der T-Zell Aktivierung bei entzündlichen Erkrankungen einen wesentlichen Schalter darstellt, der die Auflösung der Entzündung und ihre Chronifizierung kontrolliert. Es kann angenommen werden, dass die Wechselwirkungen zwischen T-Zellen und Makrophagen Polarisation und anderen regulatorischen angeborenen Prozessen sowie resistenten Gewebezellen, zusammen den Ausbruch einer Entzündungsreaktion bestimmen.
B02: Analyse der regulatorischen Rolle von PU.1-exprimierenden Th9 Zellen bei der T-Zell vermittelten Darmentzündung
Die IL-9 Produktion von T-Zellen war ursprünglich mit einem Th2-ähnlichen Phänotyp assoziiert, später wurde aber eine spezifische T-Zell Untergruppe als Verantwortliche für die Bildung von IL-9 (Th9 Zellen) identifiziert, was durch Transkriptionsfaktoren wie STAT1/IRF1, IRF4 und PU.1 reguliert wird. In diesem Projekt wird die Rolle der IL-9-bildenden T-Zellen während der Auflösung von chronischer Darmschleimhautentzündung analysieren werden.
Vorherige Ergebnisse haben gezeigt, dass IL-9 und PU.1 bei Patienten mit Colitis Ulcerosa sowie im akuten Colitis Modell stark exprimiert werden. Eine Anti-IL-9 Antikörper Therapie konnte die Symptome einer Hapten-induzierte Colitis verhindern. In diesem Projekt werden wir die Rolle von Th9 Zellen während des Übergangs von einer akuten zu einer chronischen Colitis im Darm analysieren. Unser Hauptziel ist die genaue Charakterisierung der funktionellen Rolle von Th9 Zellen während der gestörten Auflösung der Entzündung bei CED Patienten und im experimentellen Modell. Unsere Untersuchungen sollen neue Einblicke in die molekulare Pathophysiologie von CED Erkrankungen bringen und könnten zu neuen klinischen Therapiekonzepten führen.
Projektleiter
Markus F. Neurath Benno Weigmann
B03: Die Funktion von IDO bei der Resolution von entzündlichen Autoimmunreaktionen durch CD83-induzierte regulatorische Mechanismen in Arthritis
Das Hauptziel dieses Projekts ist die Aufklärung der Wirkungsweise von Indoleamin-2,3-Dioxygenase (IDO) bei sCD83- (lösliches CD83) vermittelten immunmodulierenden Prozessen. Langfristig zielen wir darauf ab, neue Therapien für entzündliche Autoimmunerkrankungen, wie der rheumatoiden Arthritis (RA), zu entwickeln. In Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass sCD83 die Immunantwort sowohl in vitro als auch in vivo stark moduliert und dabei entzündliche Autoimmunprozesse hemmt. Mechanistisch wissen wir, dass sCD83 in einer IDO-abhängigen Art und Weise regulatorische T-Zellen induziert und so zur Auflösung der Entzündung führt. Die zugrundeliegenden molekularen und zellulären Mechanismen sind jedoch noch unbekannt und daher ist es unser Ziel, diese im Rahmen dieses Projekts in vitro und mit Hilfe von murinen Arthritismodellen zu untersuchen und aufzuklären.
Wir gehen davon aus, dass sCD83 die Entzündungsauflösung bei Arthritis durch einen IDO vermittelten Mechanismus induziert und, dass das Fehlen von IDO die Chronifizierung vorantreibt. Wir nehmen weiter an, dass sCD83 dabei nicht nur die Entzündung hemmt, sondern via IDO induzierte Tregs, intrinsische Mechanismen induziert, welche zur Auflösung des Entzündungsvorgangs führen. Bezüglich der translationalen Bedeutung von sCD83 beim Menschen konnten wir in Vorarbeiten zeigen, dass in der Synovialflüssigkeit von RA Patienten deutlich erhöhte sCD83 Spiegel auftreten. Daher nehmen wir an, dass sCD83 bei der Regulation der Immunantwort im rheumatoiden Gelenk eine bedeutende Rolle spielt und, dass dieses Molekül ein geeigneter Marker für die unterschiedlichen RA-Stadien und bei der Auflösung der Entzündung darstellten könnte. Diesen translationalen Aspekt werden wir mit Hilfe von zur Verfügung stehenden Proben aus der RETRO Studie weiter verfolgen. Diese Studie zielt darauf ab, innerhalb einer Kohorte von 100 RA Patienten, bei welchen die Therapie reduziert bzw. völlig abgesetzt wird, die Auflösung bzw. Suppression der entzündlichen Erkrankung zu untersuchen.
Projektleiter
Alexander Steinkasserer
Team
Dmytro Royzman Lena Sandrock Vera Assmann Julia Michalski
B04: Die immunregulatorische Funktion von TCRαβ+ CD4-/CD8-doppelt-negativen (DN) T-Zellen und ihre potentielle Rolle bei der Kontrolle von auto- und allo-reaktiven Immunantworten
In diesem Projekt soll analysiert werden, durch welche spezifischen Schlüsselmoleküle und Signalwege DN T-Zellen die Effektorzellen supprimieren und inwieweit diese Mechanismen moduliert werden können. Weiterhin soll untersucht werden, ob humane DN T-Zellen in vivo eine regulatorische Funktion ausüben können und eine Graft-versus-Host Erkrankung (GvHD) nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation (HSZT) unterdrücken können. Ein weiteres Verständnis der Bedeutung und Funktionalität humaner DN T-Zellen könnte sich wesentlich auf die Behandlung bzw. Prävention einer GvHD bei Patienten nach HSZT auswirken.
Projektleiter
Andreas Mackensen
Team
Heiko Bruns Simon Völkl
B05: Identifizierung Batf-abhängiger und -unabhängiger Mechanismen der Differenzierung in pro-inflammatorische und regulatorische mukosale T-Zellen
Mukosale Oberflächen und hierbei insbesondere innere Schleimhäute von Magen-Darmtrakt und Lunge sind häufig Zielorgane chronisch-entzündlicher Erkrankungszustände wie beispielsweise chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED), chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) oder Asthma bronchiale. Moderne Therapieverfahren zielen darauf, spezifisch pathogenetisch relevante Entzündungsmediatoren zu blockieren, so wie z.B. die anti-Tumor Nekrose Faktor (TNF)-alpha Therapie bei CED. Allerdings gelingt damit eine langfristige Symptomkontrolle bzw. Krankheitsremission nur bei einer Minderheit der CED Patienten.
T-Helferzellen werden als zentrale Regulatoren der mukosalen Entzündungsprozesse bei CED angesehen. Innerhalb der T-Helferzellpopulation scheinen Interleukin 17a (IL-17a)-produzierende CD4+ T-Zellen, sog. Th17 Zellen, ausweislich einer Serie experimenteller Daten aus murinen Kolitismodellen und Daten von Patienten mit CED eine funktionelle, kolitisvermittelnde Rolle in der Kolitispathogenese zu spielen. In Übereinstimmung mit diesem Konzept vermitteln infolge der genetischen Inaktivierung des Basic Leucin-Zipper Transkriptionsfaktor, ATF-ähnlich (Batf) funktionell Th17-defiziente T-Zellen in einem T-Zell-abhängigen Kolitismodell keine Kolitiszeichen. Im Gegensatz dazu zeigen unsere Studien aber auch, dass Batf-exprimierende T-Zellen kontextabhängig auch mukosa-protektive Funktionen übernehmen und damit kritisch zur Auflösung mukosaler Entzündungszustände beitragen können.
Im Mittelpunkt dieses Projekts stehen daher systematische, molekulare Studien zur Identifizierung und funktionellen Testung der Bedeutung Batf-abhängiger- und -unabhängiger, T-Zell-intrinsischer Signalwege, die zur Auflösung einer mukosalen Entzündung beitragen. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse werden dann systematisch auf die klinische, humane Situation zu übertragen versucht. Diese Daten könnten helfen, neue Behandlungsstrategien zu entwickeln, mit deren Hilfe kolitisvermittelnde T-Zellen in T-Zellen mit einem entzündungsregulierenden bzw. sogar -auflösenden Phänotypen in vivo umprogrammiert werden können.
Projektleiter
Kai Hildner
Team
Carina Huber Tina Vogler
B06: Die Rolle von Siglec-H und Siglec-15 in Induktion und Auflösung von Entzündung
Siglecs (Sialinsäure bindende Immunglobulin-ähnliche Lektine) gehören zu einer Rezeptorfamilie auf Immunzellen, die an den Sialinsäure-Liganden binden und eine überwiegend hemmende Funktion haben. Wir konnten kürzlich zeigen, dass CD22 ein funktional hemmender Rezeptor auf B-Zellen ist, während Siglec-G ein hemmender Rezeptor speziell für eine Untergruppe von B-1 Zellen ist. Die Defizienz von beiden Siglecs führt zur Autoimmunität. Ausgehend von der funktionellen Rolle bei der Hemmung von Immunzellen des angeborenen und adaptiven Immunsystems, könnten Siglec Proteine eine wichtige Rolle im Auflösungsprozess während der Entzündung spielen. Siglec-H und Siglec-15 sind bereits charakterisierte Mitglieder der Rezeptorfamilie. Siglec-H wird spezifisch in plasmazytoiden Dendritischen Zellen (pDZ) exprimiert während Siglec-15 in Makrophagen, konventionellen Dendritischen Zellen und Osteoklasten vorkommt. Vorläufige Ergebnisse zeigten, dass Siglec-15 wesentlich für die Osteoklasten Differenzierung zu sein scheint, während Siglec-H die Bildung von Interferon-α (IFN-α) in pDZs hemmt. Bei Autoimmunerkrankungen wie Systemischer Lupus Erythematosus (SLE) und rheumatoider Arthritis (RA) konnte ein erhöhter Spiegel von IFN-α nachgewiesen werden. Dieses lässt annehmen, dass Siglec-H bei einer viralen Infektion normalerweise zur Auflösung der Entzündung führt, aber ohne Siglec -H eine Chronifizierung der Entzündung auftreten kann.
In diesem Projekt werden wir die Rolle von Siglec-H in experimentellen Modellen für Autoimmunerkrankungen wie SLE und RA untersuchen. Zudem werden wir bestimmen, wie Siglec-15 die Osteoklasten Funktionen beeinträchtigt. Ein weiteres Ziel ist, Siglec-H- und Siglec-15-spezifische hochaffine synthetische Sialinsäure Liganden zielgerichtet für diese Siglecs zu entwickeln. Eine Therapie mit solchen Liganden könnte möglicherweise die Auflösung der Entzündung auslösen und die Chronifizierung verhindern.
Projektleiter
Lars Nitschke
Checkpoint C: Förderung des Gewebeumbaus durch den Zelltod und Gewebereparaturmechanismen
Die Auflösung von Entzündung benötigt eine kontrollierte Entfernung von Immunzellen, um das entzündliche Infiltrat aufzudecken. Zusätzlich ist die Entzündungsauflösung mit der Gewebeantwort verbunden, die die Reparatur von geschädigtem Gewebe nach sich zieht. Daher muss eine effektive Auflösung der Entzündung den Tod oder das Aufkommen von Immunzellen und eine direkte Antwort durch resistentes Gewebe ermöglichen, um die Gewebestruktur am Rande der vorherigen Entzündung wiederherzustellen. Diese Gewebeantwort hemmt nicht nur die Entzündung, sondern sie haben scheinbar auch eine wesentliche anti-entzündliche Wirkung. Wie Zelltod und Reprogrammierung von vorhandenen Gewebezellen und Immunzellen zur Auflösung von Entzündung und Reparatur beitragen, wird im dritten Entscheidungsschritt untersucht.
C01: Retinoid-related orphan receptor alpha (ROR-α) als molekularer Kontrollpunkt für Entzündungs- und Reparaturprozesse
Wir charakterisieren den Retinoid-related Orphan Rezeptor α (RORα), ein Mitglied der Superfamilie der nukleären Rezeptoren, als einen Regulator für Entzündung und Gewebeumbau. Unsere vorherigen Daten haben gezeigt, dass RORα durch entzündungsfördernde Zytokine in Monozyten und Fibroblasten in einem frühen Stadium der Wundheilung induziert wird. Die Hochregulierung von RORα stimuliert die Freisetzung von pro-fibrotischen Botenstoffen durch Monozyten und fördert die Kollagenfreisetzung durch Fibroblasten. In späteren Phasen der physiologischen Wundheilung wird die Expression von RORα wieder gehemmt. Weiter konnten wir demonstrieren, dass die Runterregulierung von RORα der Aktivierung von monozytischen Zellen und Fibroblasten entgegenwirkt und die Auflösung der Entzündung ermöglicht sowie die Normalisierung der Freisetzung von extrazellulärer Matrix, so dass die Wundheilungsreaktion beendet wird. Eine fehlerhafte Hemmung von RORα führt zu persistierenden Gewebeantworten in fibrotischen Erkrankungen.
Ziel unseres Projekts ist, unsere vorherigen Ergebnisse zu erweitern und RORα als Schaltstelle für die Regulierung der Entzündungs- und Gewebeantwort zu charakterisieren. Wir planen die molekulare Regulation von RORα im Zusammenhang mit Entzündung und Fibrose zu identifizieren, die von RORα regulierten intrazellulären Signalwege herauszuarbeiten und diesen Rezeptor als mögliches Ziel zur Behandlung von chronisch-entzündlichen Erkrankungen mit pathologischer Gewebeantwort zu untersuchen.
Projektleiter
Jörg Distler
Team
Rosebeth Kagwiria Ariella Zehender (geb. Philippi-Schöninger)
C02: TNF-R2 abhängige Signalwege und Beeinflussung von T-Zellen bei chronischer Darmentzündung
Chronisch entzündliche Darmerkrankungen (CED), wie Colitis Ulcera und Morbus Crohn, sind schwerwiegende Erkrankungen, welche durch einen progressiv destruierenden Charakter gekennzeichnet sind.
Die Pathogenese dieser chronischen, schubförmigen Erkrankungen ist jedoch noch nicht vollständig verstanden und therapeutische Möglichkeiten zur Auflösung der Entzündung sind bisher nur begrenzt vorhanden.
Es ist jedoch bekannt, dass CD4+ T-Zellen eine entscheidende Rolle während der Initiierung und Aufrechterhaltung der chronischen Entzündung im Darm spielen. Die über den Tumornekrosefaktor Rezeptor 2 (TNFR2) bzw. über Caspase-8 (CASP8) vermittelten Signalwege sind zentrale Regulatoren intestinaler T-Zellen mit Einfluss auf verschiedene Formen des Zelltodes sowie die mukosale Entzündungsreaktion. Jüngste Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass CASP8 mit dem TNFR2 vermittelten Signalweg in T-Lymphozyten interagiert, wobei beide Moleküle sowohl pro- als auch anti-inflammatorische Effektorfunktionen ausüben können, welche in Abhängigkeit vom zellulären und molekularen Kontext aktiviert werden.
Wir konnten bereits nachweisen, dass die durch TNFR2 und CASP8 mediierten Signalwege molekulare Mechanismen entscheidend beeinflussen können, welche die Auflösung der mukosalen Entzündung unterstützen. Zudem konnten wir zeigen, dass TNFR2 exprimierende mukosale T-Zellen Angriffsziele von therapeutisch effizienten anti-TNF Antikörpern bei CED Patienten darstellen.
Um ein besseres Verständnis über die molekularen und zellulären Zusammenhänge und Funktionen der mukosalen TNFR2+CD4+ T-Zellen sowie der Signalwege von TNFR2 und CASP8 zu erlangen, umfasst das Projekt Untersuchungen an experimentellen Colitis-Modellen und primären humanen intestinalen Zellen.
Der Einsatz experimenteller Modelle ermöglicht es, die Funktionen und Zusammenhänge der beiden zentralen Moleküle TNFR2 und CASP8 während der Aufrechterhaltung und Auflösung von Entzündung näher zu charakterisieren. Im weiteren Projektteil werden die Eigenschaften von humanen TNFR2+CD4+ mukosalen T-Zellen im Zusammenhang mit der anti-TNF Antikörper Therapie bei CED Patienten analysiert. Dabei liegt ein besonderer Schwerpunkt auf den molekularen Mechanismen, die zu einer Resistenz der Therapie mit anti-TNF Antikörpern bei CED-Patienten beitragen.
Unser Projekt hat das Ziel, Grundlagen zu schaffen für die Entwicklung neuer Therapieoptionen bei CED Patienten
Projektleiter
Clemens Neufert Raja Atreya
C03: Die Bedeutung von neutrophilen extrazellulären Fallen (NETs) für das Abklingen der von neutrophilen Granulozyten verursachten Entzündung
Am Ort der Entzündung aktivierte neutrophile Granulozyten produzieren große Mengen an entzündlichen Botenstoffen, die die Entzündung verstärken und weitere Zellen anlocken. Wie diese sich selbst verstärkenden Prozesse kontrolliert werden, damit die Entzündung nicht außer Kontrolle gerät, chronisch wird und dem Körper Schaden zufügt, ist die zentrale Fragestellung dieses Projektes.
Aktivierte Granulozyten bilden auch sogenannte Neutrophile Extrazelluläre Fallen („neutrophil extracellular traps“), kurz „NETs“, die dazu dienen, eindringende Mikroorganismen einzufangen und abzutöten. Kürzlich konnten wir zeigen, dass NETs auch ganz wesentlich zum Abklingen von Entzündung beitragen können: Bei hohen Zelldichten, wie sie zum Beispiel in entzündeten Geweben vorkommen, lagern sich NETs zu Aggregaten (aggNETs) zusammen, die entzündliche Botenstoffe mittels Serinproteasen abbauen. Durch diesen eingebauten Sicherungsmechanismus werden etwa akute Gichtanfälle gestoppt, bevor sie außer Kontrolle geraten und Schaden anrichten können.
In unserem Projekt wollen wir die molekularen und zellulären Mechanismen von NETose und der Bildung von aggNETs aufklären und wie sich diese Prozesse auf das Abklingen von sterilen und bakteriellen Entzündungsprozessen in Tiermodellen und in Patienten mit Systemischem Lupus erythematosus (SLE) und mit akutem Atemnotsysndrom (ARDS) auswirken.
Projektleiter
Markus Hoffmann Martin Herrmann
Team
Jonas Hahn Mona Biermann Malgorzata Podolska Aparna Mahajan
C04: Bedeutung von Arginase 1 und 2 für die Induktion, Aufrechterhaltung und Resolution chronischer epithelialer Entzündungen
Die Enzyme Arginase 1 und 2 verstoffwechseln L-Arginin zu Harnstoff und Ornithin. Letzteres stellt den Ausgangspunkt für die Synthese von Polyaminen und alternativ für Kollagen dar, welche einerseits die Zellproliferation und Gewebereparatur regulieren, andererseits aber auch mit Immunsuppression, der Persistenz von Krankheitserregern und Organfibrose assoziiert wurden. Arginase 1 gilt zudem als Marker für alternativ-aktivierte Makrophagen, die anti-inflammatorisch wirken und die Aktivität der induzierbaren Stickstoffmonoxid (NO)-Synthase (iNOS oder NOS2) hemmen. NOS2 wirkt u.a. anti-mikrobiell und kompetitiert mit Arginase 1 und Arginase 2 um das gemeinsame Substrat L-Arginin.
In verschiedenen Krankheitsmodellen haben wir einen Einfluss von Arginase 1 auf epitheliale Entzündungsprozesse beobachtet. Das Hauptziel des Projektes ist es daher, die zellulären Komponenten und Mikromilieu-Faktoren zu identifizieren, die die Wirkung von Arginase 1 und 2 in den verschiedenen Phasen chronischer Entzündungen (Induktion, Aufrechterhaltung und Resolution) modulieren. Hierzu werden wir zum einen die Expression und Regulation von Arginase 1 und 2 charakterisieren und zum anderen durch die Analyse von experimentellen Modellen und Knochenmarkchimären die Bedeutung der Arginaseisoform und der Arginaseexpression in den verschiedenen Zelltypen für die Entwicklung und Resolution von Entzündungsprozessen evaluieren. Aus diesen Experimenten erwarten wir uns Rückschlüsse, ob Arginase 1 und/oder Arginase 2 als Zielmoleküle zur klinischen Intervention bei chronischen Entzündungsprozessen eingesetzt werden können.
Projektleiter
Ulrike Schleicher Christian Bogdan Jochen Mattner
C05: Die Rolle von epithelialem Zelltod für die Wiederherstellung der Darmbarriere bei der Abheilung von Darmentzündung
Chronisch entzündliche Darmerkrankungen (CED) entwickeln sich nach heutigem Verständnis durch die fortwährende Konfrontation des mukosalen Immunsystems mit mikrobiellen Antigenen aus der Darmflora. Begünstigt werden diese Prozesse durch Störungen in der epithelialen Barrierefunktion, wie sie auch durch die Entzündungsreaktionen selbst verursacht werden können.
Die Ausheilung von Darmentzündung erfordert somit die Wiederherstellung einer intakten Epithelzellschicht auf dem Boden einer fortschreitenden Entzündung. Die Etablierung robuster Barrierefunktionen ist ein kritischer Schritt für den Heilungsprozess, da auf diese Weise der Zustrom von mikrobiellen Antigenen begrenzt und eine übermäßige Konfrontation des Immunsystems im Darm mit fremden Antigenen unterbunden wird. Wie die Regeneration des Epithels und der Barrierefunktion im Darm von Patienten mit CEDs zustande kommen ist derzeit unbekannt.
Wir und andere Forschergruppen konnten kürzlich zeigen, dass dem Molekül Caspase-8 eine entscheidende Rolle für die Integrität der epithelialen Barriere zukommt. Eine Überaktivierung von Caspase-8 führt zu einem übermäßigen Zelltod durch Apoptose, Barrieredysfunktion und einer chronisch verlaufenden Darmentzündung. Überraschenderweise führt jedoch auch das Gegenteil, die Inaktivierung von Caspase-8, zu epithelialem Zelltod (durch Nekroptose), Barrieredysfunktion und ebenfalls zu chronischer Darmentzündung. Wir gehen daher davon aus, dass die Regulation von Caspase-8 innerhalb des Darmepithels eine entscheidende Rolle bei der Ausheilung von Darmentzündung spielt, in dem sie das Epithel vor entzündlich-induziertem Zelltod schützt und die Wiederherstellung der Darmbarriere gewährleistet.
In unserem Projekt wird untersucht, wie intrazelluläre Signalwege den epithelialen Zelltod während aktiver und ausheilender Darmentzündung regulieren. Ein Projektziel ist es, mit Hilfe von experimentellen Modellen die funktionelle Rolle und Regulation der epithelialen Nekroptose während der Auflösung von Darmentzündungen besser zu verstehen. In einem zweiten Schritt werden wir die Rolle von Zytokin-Signaltransduktion bei dem RIP-abhängigen und -unabhängigen epithelialen Zelltod untersuchen. Letztlich wollen wir den Einfluss einer TNF Neutralisation auf programmierten Epithelzelltod an humanen Proben und am experimentellen Modell untersuchen.
Projektleiter
Christoph Becker