Toll-like Rezeptor 4 als Vermittler betazellgerichteter Entzündungsreaktionen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Toll-like Rezeptoren (TLR) ermöglichen dem Immunsystem die initiale Erkennung sowohl von mikrobiellen Strakturen (z.B. bakterielle Produkte) als auch von endogenen Stimuli (z.B. Stress-Proteine). Aufgrund dieser Eigenschaften wird vermehrt eine Rolle von TLR bei der Induktion von Immunreaktionen gegen körpereigene Antigene (Autoimmunität) diskutiert. Der TLR4, der als Rezeptor für bakterielles Lipopolysaccharid (LPS) durch das Immunsystem identifiziert wurde, vermittelt auch die Erkennung von Hitzeschockprotein (Hsp) 60, einem prominenten Mitglied der Stressprotein-Familie, das als wichtiges (Auto-)Antigen von insulinproduzierenden, pankreatischen Betazellen beschrieben wurde. Da die Pathogenese des humanen, (insulinabhängigen) Typ 1 Diabetes durch die (auto-) immunvermittelte Zerstörang von Betazellen gekennzeichnet ist, sollte in dem Projekt die mögliche Rolle von TLR4 bei der Entwicklung eines Insulinmangeldiabetes in der nonobese diabetic (NOD) Maus, einem Tiermodell der humanen Erkrankung, geklärt werden. Zur Prüfung der Hypothese, dass TLR4 an der Pathogenese des Insulinmangeldiabetes beteiligt ist, wurde ein definierter TLR4 Defekt in die NOD Maus eingekreuzt. An diesem eigens für das Projekt generierten Modell konnten wesentliche Einflüsse eines TLR4 Defektes aufdie Diabetespathogenese festgestellt werden. Weibliche TLR4 defiziente Mäuse weisen eine deutlich beschleunigte Diabetesentwicklung auf, die mit einer verstärkten Entzündungsreaktion in den pankreatischen Inseln einhergeht. Die beschleunigte Entwicklung der Erkrankung ist offenbar nicht auf eine erhöhte Empfindlichkeit von Inseln aus TLR4 defizienten Tieren gegenüber betazelischädigenden Entzündungsmediatoren zurückzuführen. Der Status der TLR4 Expression beeinflusst nicht die Frequenz regulatorischer T-Zellen. Die regulatorischen T-Zellen von TLR4 defizienten Tieren, die erwartungsgemäß nicht auf LPS reagieren, weisen allerdings eine deutlich verminderte inhibitorische Kapazität auf Die in weiblichen TLR4 defizienten Mäusen beobachtete beschleunigte Diabetesentwicklung war überraschenderweise mit einer beschleunigten Entwicklung des Körpergewichtes verbunden. Die daraufhin durchgeführten histologischen Analysen zeigten, dass die Adipogen im viszeralen Fettdepol dieser Tiere morphologische Merkmale aufweisen, die auf eine Differenzierangsstörung hindeuten. Durch Inkubation in Gegenwart von LPS kann in TLR4 exprimierenden Adipozyten aber nicht in TLR4 defizienten Adipozyten die Freisetzung von inflammatorischen Mediatoren induziert werden. Dieser Befund gilt sowohl für Präadipozyten als auch für reife Adipozyten. Erste Beobachtungen zeigen, dass der TLR4 Ligand Hsp60 an Adipogen (aus TLR4 exprimierenden Tieren) bindet und die Freisetzung inflammatorischer Zytokine und Chemokine bewirkt. Die Anwesenheit von LPS während der Differenzierangsphase von (TLR4 exprimierenden) Adipozyten verändert die LPS-Reaktivität der reifen Adipozyten, gemessen an der LPS-induzierten Freisetzung inflammatorischer Mediatoren. Die am Modell der TLR4 defizienten NOD Maus erhobenen Befunde deuten auf eine wichtige Rolle des TLR4 bei der Pathogenese des Insulinmangeldiabetes hin. Der TLR4 kontrolliert sowohl die Aktivität regulatorischer T-Zellen, einer für die Kontrolle von autoreaktiven Zellen entscheidenden Zellpopulation, als auch die inflammatorische Aktivität und das Differenzierangsverhalten von Adipozyten, denen neben ihrer Funktion im Energiestoffwechsel auch eine wachsende Bedeutung als immunregulatorische Zellen zugeschrieben wird. Unsere Ergebnisse identifizierten somit den TLR4 als mögliche Zielstruktur für die Entwicklung von Inlerventionsstrategien, die darauf abzielen, die Immunreaktion gegen Betazellen zu modulieren und damit der Entwicklung eines Insulinmangeldiabetes entgegenzuwirken.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2006) Der Toll-Like Rezeptor 4 (TLR4) kontrolliert die Entwicklung des autoimmunen Diabetes in der Non-Obese Diabetic (NOD) Maus. 41. Jahrestagung der Deutschen Diabetes-Gesellschaft, Leipzig. Diabetologie 1 (Suppl. 1) S66, 137,2006
Gülden E, Ihira M, Kolb H, Burkart V
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(2007) Toll-like receplor 4: Regulator of beta-cell directed immune reactivity and development of body weight in the non-obese diabetic mouse. 43rd Annual Meeting of the European Association for the Study of Diabetes, Amsterdam, The Netherlands. Diabetologia 50 (Suppl. 1) S29,0056, 2007
Gülden E, Imamura S, Ihira M, Kolb H, Burkart V
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(2008) Toll-like receptor 4 controls the inflammatory activity and maturation of adipocytes. 44th Annual Meeting of the European Association for the Study of Diabetes, Rome, Italy. Diabetologia 51 (Suppl. 1) S330, 830, 2008
Gülden E, Habich C, Burkart V
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(2008). Heat shock protein 60 induces inflammatory mediators in mouse adipocytes. FEBS Letters 582, 2731-2736
Gülden E, Mollérus S, Brüggemann J, Burkart V, Habich C
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(2009) Toll-like receptor 4 controls the maturation and die development of inflammatory activities of adipocytes in the NOD mouse. 69th Scientific Sessions of the American Diabetes Association, New Orleans, LA, USA. Diabetes 58 (Suppl. 1) A18, 66-OR, 2009
Gülden E, Sakai K, Habich C, Burkart V
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(2009) Toll-like Rezeptor 4 kontrolliert die Adipozyienreifung im Tiermodell des autoimmunen Diabetes. 44. Jahrestagung der Deutschen Diabetes-Gesellschaft, Leipzig. Diabetologie und Stoffwechsel 4 (Suppl. 1) S18, FV 54, 2009
Gülden E, Sakai K, Weiss J, Habich C, Burkart V
