Bedeutung von Hitzeschockgenen für die Immunreaktion gegen Tumorzellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dem Projekt sollte die Rolle des Hitzeschockproteins HSP70 für die Suszeptibilität von Tumorzellen gegenüber der durch zytotoxische T-Lymphozyten (CTL) vermittelten Lyse untersucht werden. In Vorarbeiten war festgestellt worden, dass eine Myelomzelllinie durch einen Hitzeschock resistent gegenüber CTL wird, diese Resistenz sich aber durch HSP70 aufheben lässt. In einer anderen Tumorzelllinie, in der HSP70 konditional überexprimierbar ist, wurde nach Anschaltung der HSP70-Expression eine erhöhte Lysierbarkeit der Zellen durch CTL gefunden. Wir vermuteten, dass die verbesserte Lyse akut HSP70- überexprimierender Zellen auf den effektiveren Ablauf der Apoptose in den Zielzellen zurückzufuhren ist. Die CTL setzen in Granula gespeicherte zytotoxische Effektorproteasen, die Granzyme, sowie Perform von den CTL frei, die anschließend von den Zielzellen der CTL aufgenommen werden. Da in der Literatur eine Interaktion von HSP70 in Granzym B beschrieben worden war, vermuteten wir, dass der Effekt einer akuten HSP70-Überexpression auch in der Granzym B-vermittelten Apoptose zu beobachten wäre. Unsere Ergebnisse zeigten nun allerdings, dass die konditionale Überexpression von HSP70 in einer humanen Melanomzelllinie die Granzym B-vermittelte Apoptose offenbar nicht beeinflusst. Im Gegensatz zur CTL-induzierten Apoptose beobachteten wir keine signifikant verstärkte Suszeptibilität der akut HSP70-überexprimierenden Zellen gegenüber Granzym B. Wir fanden allerdings auch keine HSP70-vermittelte Resistenz, die in Reaktion auf andere Apoptoseinduktoren wie Staurosporin zu beobachten war. Daher erscheinen zytotoxische Zellen weiterhin besonders geeignet solche Zellen zu lysieren, die durch eine HSP70- Überexpression eine Resistenz gegenüber anderen zytotoxischen Mechanismen erworben haben. Wesentliche Schritte der CTL-induzierten Apoptose (z. B. Caspase-3 Aktivierung, Cytochrom c-Freisetzung) wurden durch die akute HSP70-Überexpression in den Zielzellen allerdings nicht beeinflusst. Weitere Aspekte der CTL-vermittelten Apoptose werden gegenwärtig noch untersucht. Eine Analyse der nach konditionaler HSP70-Überexpression differentiell exprimierten Gene hat nur relativ wenige Kandidatengene geliefert, die bisher aber keine Erklärung des HSP70-vermittelten Effekts anbieten. Bei der Suche nach Interaktionspartnern von HSP70 auf Proteinebene wurde Clathrin als Bindungspartner in den Tumorzellen identifiziert. Die Clathrin-abhängige Endozytose, z. B. von Granzym B, war aber nach HSP70-Überexpression nicht verändert. Wir haben daher den molekularen Mechanismus der gesteigerten Suszeptibilität von Tumorzellen nach akuter HSP70- Überexpression gegenüber CTL bisher nicht aufklären können. Eine Reihe von möglichen Mechanismen konnten jedoch ausgeschlossen werden, was weitere Untersuchungen erleichtert. Im Zuge dieser Untersuchungen konnten wir einen Beitrag zur Klärung der Aufnahme von Granzym B in die Zielzellen von CTL leisten. Gemeinsam mit Kooperationspartnern konnten wir zeigen, dass Heparansulfate auf den Zielzellen an der Bindung und Internal isierung des Granzym B beteiligt sind. Unsere Experimente zeigten auch deutliche imrnunstimulatorische Wirkungen von extrazellulärem HSP70. In tierexperimentellen Untersuchungen konnten wir zeigen, dass HSP70-überexprimierende Tumoren einen Wachstumsnachteil gegenüber Kontrolltumoren haben und dies auf die Aktivität von Natürlichen Killer (NK)-Zellen zurückführen. HSP70, das aus Tumorzellen freigesetzt wird, kann NK-Zellen der Maus und des Menschen aktivieren. Diese aktivierten NK-Zellen könnten über Liganden aktivierender NK-Zell- Rezeptoren, z. B. MICA und MICB, die häufig von Tumorzellen exprimiert werden, Tumorzellen erkennen und zerstören. Die synergistische Aktivität der stressinduzierbaren Gefahrensignalen HSP70 und MICA/B führte zur Steigerung der Aktivität von NK-Zellen. Dies könnte neue Perspektiven einer Tumorimmuntherapie eröffnen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Dressel R (2005) Zur Rolle der HSP70- und MPR300-Gene für die Suszeptibilität von Tumorzellen gegenüber zytotoxischen T-Lymphozyten. medizinische genetik 17: 311- 313.
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Dressel R, Froelich CJ (2005) CTL-induced apoptosis is diminished in target cells with reduced cell surface glycosaminoglycan expression. Immunobiol, 210: 557-558. Abstracts of the joint annual Meeting 2005 of the German and Scandinavian Societies of Immunology, Kiel, 21.09.05 - 24.09.05.
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Dünker N, Valenciano AI, Franke A, Hernandez-Sanchez C, Dressel R, Behrend M, De Pablo F, Krieglstein K, de la Rosa EJ (2005) Balance of pro-apoptotic transforming growth factor-beta and anti-apoptotic insulin effects in the control of cell death in the postnatal mouse retina. EurJNeurosci 22: 28-38.
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Raja SM, Metkar SS, Höning S, Wang B, Russin WA, Pipalia NH, Menaa C, Belting M, Cao X, Dressel R, Froelich CJ (2005) A novel mechanism for protein delivery: Granzyme B undergoes electrostatic exchange from Serglycin to target cells. J Biol Chem 280: 20752-20761.
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Dressel R, Demiroglu SY (2006) Role of Heat Shock Protein 70 in Apoptosis Mediated by Cytotoxic T Lymphocytes In: Radons J, Multhoff G (Eds.): Heat Shock Proteins in Biology and Medicine, Research Signpost, Kerala, S. 497-513.
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Elsner L, Flügge PF, Muppala V, Gehrmann M, Lozano J, Malzahn D, Bickeböller H, Brunner E, Zientkowska M, Herrmann T, Multhoff G, Alves F, Walter L, Dressel R (2007) Stress-inducible endogenous danger signals HSP70 and M1CA/B synergistically activate NK cells against tumors. In: Abstracts of the 2nd Göttingen Workshop on Immunogenetics, Göttingen, 26.02. - 28.02.07.
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Elsner L, Flügge PF, Muppala V, Lozano J, Malzahn D, Bickeböller H, Brunner E, Multhoff G, Walter L, Dressel R (2007) The stress-inducible immunological danger signals HSP70 and MICA/B jointly augment the cytotoxic activity of human NK cells against tumor cells In: Abstracts of the 2nd World Conference of Stress, Budapest Hungary, 23.-26.08.07, p. 318-317.
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Elsner L, Muppala V, Gehrmann M, Lozano J, Malzahn D, Bickeböller H, Brunner E, Zientkowska M, Herrmann T, Walter L, Alves F, Multhoff G, Dressel R (2007) The heat shock protein HSP70 promotes mouse NK cell activity against tumors which express inducible NKG2D ligands. JImmunol 179: 5523-5533.
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Elsner L, Muppala V, Gehrmann M, Lozano J, Malzahn D, Bickeböller H, Herrmann T, Walter L, Alves F, Multhoff G, Dressel R (2007) The heat shock protein HSP70 promotes NK cell activity against tumors which express inducible NKG2D ligands 37th Annual Meeting of the Deutsche Gesellschaft fur Immunologie, Heidelberg, 05.09.07 - 08.09.07.
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Novota P, Sviland L, Wang XN, Dickinson AM, Dressel R (2008) The expression of the Hsp70-l and Hsp70-2 genes correlates with the degree of graft-versus-host reaction in a rat skin explant model. Tissue Antigens 11: 322-323. 22nd European Immunogenetics and Histocompatibility Conference. Toulouse, France, 02.04.08-05.04.08.
