Untersuchung zur Expression und Funktion von Glykoproteine bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen: Evaluation eines neuen anti-entzündlichen Konzeptes durch Galektin-2 und -4
Final Report Abstract
Ca. 50% aller Proteine im Körper liegen in glykosylierter Form, das heißt als Glykoproteine, vor. Diese Zuckeranteile sind verantwortlich für die Steuerung wichtiger biologischer Funktionen. Das können relativ einfache sein, wie etwa die Löslichkeit von Proteinen aber auch hoch komplexe, wie etwa eine bestimmte Signalwirkung bei interzellulären Erkennungs- oder Kommunikationsprozessen, beispielsweise bei Entzündungen. Zuckerbindende Proteine (Glykoproteine) sind Makromoleküle, die aus einem Protein und einer oder mehreren kovalent gebundenen Kohlenhydratgruppen bestehen. Während einige Galektine von einer Vielzahl unterschiedlicher Organe exprimiert werden, haben andere, wie z.B. Gal-2 oder Gal-4, eine restriktive Organexpression. Basierend auf dem Wissen, dass durch komplexe Zellinteraktionen Proteine auf verschiedensten Ebenen reguliert werden, ist neben der isolierten Untersuchung der Veränderungen der Galektinexpression in den verschiedenen Entitäten die Identifikation multipler Proteinexpressionsmuster (Proteom) und die Erfassung von deren distinkter Regulation von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der Rolle der Galektinexpression in CED. Wir konnten zeigen, dass Gal-2 und Gal-4 an periphere und mukosale T-Zellen bindet. Hierbei bindet Gal-2 an die β1-Integrinregion von T-Zellen und hemmt somit die Zelladhäsion an die extrazelluläre Matrix. Im Gegensatz hierzu bindet Gal-4 an den CD3 Rezeptoren aktivierter T-Zellen. Dabei kommt es durch Gal-4 zu einer verminderten Phosphorylierung von Proteinkinasen und Expression von Zellzyklusregulatoren. Dieses führt konsekutiv zu einer verminderten Zellzyklusprogression und Proliferation der Zellen durch Gal-4. Gal-2 und Gal-4 induzieren selektiv Apoptose von aktivierten, jedoch nicht ruhenden, T-Zellen. Hierbei identifizierten wir unterschiedliche Signalwege in der Apoptoseinduktion. Während Gal-2 über Caspase-3 und -8 den T-Zelltod induziert, kommt es durch Gal-4 caspase-unabhängig über calpain-vermittelte Signalwege zur Apoptose. In durchlusszytometrischen Untersuchungen und ELISAs konnten wir zeigen, dass Gal-2 und Gal-4 die Sekretion pro-inflammatorischer Zytokine wie z.B. TNF-α und IFN-γ hemmt und die Zytokinsekretion in Richtung eines Th2-Profiles verschiebt. TNF-α spielt bei der Initiierung und Perpetuierung von chronisch entzündlichen Darmerkrankungen eine zentrale Rolle und die Behandlung mit monoklonalen Antikörpern gegen TNF-α stellt zur Zeit eines der effektivsten Behandlungsstrategien in der Therapie von chronisch entzündlichen Darmerkrankungen dar. In der Übertragung der in vitro auf die in vivo Situation konnten wir in einem akuten und chronischen DSS-Kolitis- und T-Zelltransfermodell zeigen, das es durch die Behandlung mit Gal-2 und Gal-4 zu einer signifikant Verringerung der Entzündung kommt. Dabei konnten wir zeigen, dass es, vergleichbar mit den in vitro Daten, durch die Gal-2 und Gal-4 Behandlung zu einer verminderten Sekretion von TNF-α und IFN-γ in der Mukosa kommt. Immunhistochemische Untersuchungen zeigten auch, dass beide Behandlungen die Apoptose von CD3+ Zellen in der Darmschleimhaut induzieren. Die proapototische und entzündungshemmende Wirkung von Gal-4 wurde dabei wahrscheinlich über die Bindung von Gal-4 an den aktivierten CD3-T-Zell-Rezeptor vermittelt. Hokama et al. stellten 2004 in ihren Versuchen eine entzündungsfördernde Wirkung von Gal-4 fest. Die dabei verwendeten Mäuse αTCR-knock out Mäuse, daher ist anzunehmen, dass der hierbei erzielte Effekt über einen anderen Signalweg vermittelt wurde und nicht, wie in unserem Modell postuliert über den TCR.
Publications
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Galectin-2 induces apoptosis of lamina propria T lymphocytes and ameliorates acute and chronic experimental colitis in mice. J Mol Med. 2008; 86: 1395-406
Paclik D, Berndt U, Guzy C, Dankof A, Danese S, Holzloehner P, Rosewicz S, Wiedenmann B, Wittig BM, Dignass AU, Sturm A
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Galectin-4 contols intestinal inflammation by selective regulation of peripheral and mucosal T cell apoptosis and cell cycle. PLOS One, 2008; 3: e2629
Paclik D, Berndt U, Danese S, Wiedenmann B, Dignass AU, Sturm A
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Galectins distinctively regulate central monocyte and macrophage function. Cellular Immunology 2011; 271: 97-103
Paclik D, Werner L, Guckelberger O, Wiedenmann B, Sturm A
