Bakterielle Lipopeptide als Aktivatoren und Modulatoren des angeborenen Immunsystems
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Lipoproteine sind ein wesentlicher Bestandteil bakterieller Membranen und in der Lage, als starke Stimulatoren des angeborenen Immunsystems zu fungieren. Toll-like Rezeptor (TLR) Heteromere TLR2/1 oder TLR2/6 dienen der Lipopeptiderkennung und Signaltransduktion. Generell gilt, dass tri-acylierte Lipopeptide durch TLR2/1 und di-acylierte Lipopeptide durch TLR2/6 erkannt werden. Wir fanden jedoch auch Lipopeptide, die sowohl von TLR2/1 als auch TLR2/6 Heteromeren erkannt werden. Diese Lipopeptide aktivieren sowohl TLR1- als auch TLR6-defiziente Zellen, aber nicht TLR1- und TLR6-doppelt-reprimierte Zellen. Weitere Untersuchungen dienten der Klärung, ob TLR2/1- und TLR2/6-Heterodimere unterschiedliche oder identische Signalwege aktivieren. Den Untersuchungen lag die Arbeitshypothese zu Grunde, dass die Aktivierung unterschiedlicher Signalwege zur Induktion unterschiedlicher Genexpressionsprofile führt. Mikroarray-Analysen zeigten eine identische Genmodulation nach Aktivierung der TLR2/1- und TLR2/6-Heterodimere durch entsprechende Lipopeptide. Die beiden TLR2-Heterodimere dienen somit eher einer Vergrößerung des Ligandenspektrums, als der Aktivierung unterschiedlicher Immunantworten nach Erkennung unterschiedlicher Lipopeptide von Gram-positiven und Gram-negativen Bakterien sowie von Mykoplasmen. Wir konnten in nativen bovinen Zellen erstmals die vollständige Sequenz des Rinder-TLR1 nachweisen und klonieren. Funktionelle Untersuchungen mit transfizierten HEK293-Zellen zeigten Spezies-spezifische Erkennung von Lipopeptiden mit unterschiedlichen Kettenlängen der Fettsäure mit bovinen, maus, und humanen TLR2/1 Heteromeren. In einem Maus-Immunisierungsmodell konnte durch Verwendung des Lieschgras- Majorallergens Phl p 1, die adjuvante Wirkung des Lipopeptids FSL-1 aufgezeigt werden. Wir fanden dabei eine Verschiebung der TH2-dominierten Immunantwort in Richtung einer TH1-Immunantwort. Insbesondere bewirkte FSL-1, dass es nicht mehr zu einer Bildung von Allergen-spezifischen IgE Immunglobulinen im Serum der Tiere kam. "Regulators of G-protein signalling" (RGS) sind Proteine, die die GTPase Aktivität der Gα Untereinheit von G-Proteinen beschleunigen und so die G-Proteine in ihre inaktive GDP- bindende Form überführen. Wir fanden nach Stimulation von Makrophagen mit MyD88- abhängigen TLR-Liganden zunächst eine vermehrte Expression der mRNA von RGS1, dann jedoch, ebenso wie bei RGS2 eine verminderte Expression. In Gegensatz dazu wurde durch TRIF-abhängige TLR-Liganden die Expression von RGS1 und RGS2 gesteigert. Wir postulieren eine Bedeutung der Modulation von RGS1 und RGS1 durch TLR Liganden während des Verlaufes einer Immunantwort bei viralen und bakteriellen Infektionen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Physicochemical and biological analysis of synthetic bacterial lipopeptides: validity of the concept of endotoxic conformation. J Biol Chem. 282:11030-11037 (2007)
Schromm AB, Howe J, Ulmer AJ, Wiesmüller KH, Seyberth T, Jung G, Rössle M, Koch MH, Gutsmann T, Brandenburg K
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The activity of lipopeptide TLR2 agonists critically depends on the presence of solubilizers. Eur J Immunol. 37:3489- 3498 (2007)
Voss S, Ulmer AJ, Jung G, Wiesmüller KH, Brock R
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Heterodimerization of TLR2 with TLR1 or TLR6 expands the ligand spectrum but does not lead to differential signaling. J Leukoc Biol. 83:692-700 (2008)
Farhat K, Riekenberg S, Heine H, Debarry J, Lang R, Mages J, Buwitt-Beckmann U, Röschmann K, JungG, Wiesmüller K-H, Ulmer AJ
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The response of HEK293 cells transfected with bovine TLR2 to established pathogen-associated molecular patterns and to bacteria causing mastitis in cattle. Vet Immunol Immunopathol. 125:326-36 (2008)
Farhat K, Sauter KS, Brcic M, Frey J, Ulmer AJ, Jungi TW
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Natural Killer T Cells Activated by a Lipopeptidophosphoglycan from Entamoeba histolytica Are Critically Important To Control Amebic Liver Abscess. PLoS Pathog. 5:e1000434 (2009)
Lotter H, González-Roldán N, Lindner B, Winau F, Isibasi A, Moreno-Lafont M, Ulmer AJ, Holst O, Tannich E, Jacobs T
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Regulators of G-protein signalling are modulated by bacterial lipopeptides and lipopolysaccharide. FEBS J. 276:649-59 (2009)
Riekenberg S, Farhat K, Debarry J, Heine H, Jung G, Wiesmüller K-H, Ulmer AJ
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Timothy grass pollen major allergen Phl p 1 activates respiratory epithelial cells by a non-protease mechanism. Clinical and Experimental Allergy Clin Exp Allergy 39:1358-1369 (2009)
Röschmann K, Farhat K, König P, Suck R, Ulmer AJ, Petersen A
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Identification of full length bovine TLR1 and functional characterization of lipopeptide recognition by bovine TLR2/1 heterodimer. Vet Res. 41:34-46 (2010)
Farhat K, Riekenberg S, Jung G, Wiesmüller KH, Jungi TW, Ulmer AJ
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Total synthesis of lipoteichoic acid of Streptococcus pneumoniae. Angew Chem Int Ed Engl. 49:2585-2590 (2010)
Pedersen CM, Figueroa-Perez I, Lindner B, Ulmer AJ, Zähringer U, Schmidt RR
