TC/DC Prof. Dr. Albert Duschl - Uni Salzburg

TC/DC

  Prof. Dr. Albert Duschl

Das Problem
   Wesentliche Medikamente laufen
    aus dem Patentschutz oder sind
    bereits auf dem Generikamarkt
    angekommen. Für das
    profitabelste Medikament der Welt
    (Umsatz $100 Mrd!), den
    Cholesterinsenker Lipitor
    (atorvastatin), ist der Patentschutz
    am 30. November 2011
    ausgelaufen.
   Das Problem dabei: Wie können
    Pharmafirmen bei sinkenden
    Margen die teure Neuentwicklung
    von Medikamenten finanzieren?

                                           © Nature vol 480, 1. 12. 2011

Ihr Arbeitsplatz
   Die Ausgaben für bestimmte
    Klassen von Medikamenten
    korrelieren recht gut mit den
    verfügbaren Arbeitsplätzen.
    Suchen Sie sich also ein Gebiet
    mit Zukunft aus.
   Immunologie ist gut vertreten
    (respiratory agents, autoimmune
    agents, teils HIV antivirals).
   Viele Medikamente in diesen
    Bereichen wirken symptomatisch.
    Überlegen wir uns statt dessen
    doch mal die kausale Seite der
    Immunologie: Die Auslösung von
    Immunantworten über die DC/TC
    Wechselwirkung.

                                      © Nature vol 480, 1. 12. 2011

Dendritische Zellen
   DC wurden zuerst als „akzessorische Zellen“
    beschrieben, die notwendig waren um T-Zellen
    Immunantworten zu erlauben. Aus den sehr
    unterschiedlichen Bystander-Zellen wurde ein
    Zelltyp charakterisiert durch hohe Plastikadhärenz,
    wenig Lysosomen, ohne Fc-Rezeptoren und
    gering endozytisch. Die Zellen bildeten lange,
    verzweigte Fortsätze aus: Dendriten.
    Wenige DC waren ausreichend um sowohl
    CD4+ T-Helferzellen als auch CD8+ CTL zu
    aktivieren, selbst bei niedrigen Antigendosen.
    Erforderlich dafür waren bestimmte MHC
                                                          © Wikimedia Commons
    Komplexe: MHC I bzw. MHC II.
   ► DC präsentieren über Ihren MHC Komplex
    antigene Peptide, die vom TCR der T-Zellen
    erkannt werden: Kognate Stimulierung der T
    Zellen.

Differenzierung/Maturierung
   Fast alle DC differenzieren aus
    Vorläuferzellen im Blut, die ihrerseits aus
    dem Knochenmark hervorgehen. Man
    kann in vitro in Monozyten mit GM-CSF
    und IL-4 eine Differenzierung zu moDC
    (monocyte-derived DC) auslösen.
   Differenzierte DC finden sich in Geweben
    und werden dort bei Kontakt mit
    Antigenen aktiviert. Dies führt zur
    Maturierung, die man in vitro mit
    Antigenen und PRR Liganden erreichen
    kann.                                         © Paul: Fundamental Immunology
   Allerdings … manche DC Typen
    (Langerhans-Zellen in Haut und Mucosa,
    Mikroglia im Gehirn) erneuern sich lokal
   … und niemand hat bisher gezeigt daß
    Monozyten in vivo zu DC differenzieren.

Stammbaum
   Human Stem Cells (HSC) im
    Knochenmark differenzieren über
    Common Myeloid Progenitor
    (CMP) und Granulocyte
    Macrophage Progenitor (GMP) in
    Macrophage and DC Progenitor
    (MDP). Daraus entstehen
    entweder Monozyten oder
    Common DC Progenitor (CDP).
   Monozyten und DC sind daher
    nahe verwandt, unterscheiden
    sich aber. Entsprechend sind
    „moDC“ nicht wirklich DC. Ihr
    grosser Vorteil: Sie sind
    verlässlich in grösseren Mengen
    herstellbar. Eine entsprechende
    Quelle in der Maus ist
    Knochenmark: BMDDC.
                                      © Chow et al. Nat Rev Immunol. 11:788-798 (2011)

DC Subsets
   Blut enthält im Menschen wenigstens drei
    Subsets von DC: CD141+ myeloide DC,
    CD11c+ myeloide DC und plasmacytoide
    DC.
   Funktionen und Marker sind
    unterschiedlich, die Zellen stammen aber
    wohl von der gleichen Vorläuferzelle ab.
    Für die Maus ist das allerdings klarer
    gezeigt als für den Menschen.
   Die myeloiden DC sind die „klassischen“
    DC, wobei die beiden Subtypen davon für
    CD4+ T-Helferzellen und CD8+ CTL
    zuständig sind.
   Plasmacytoide DC produzieren grosse
    Mengen an IFN-        sind also auch ohne
    Zell-Zell-Kontakt aktiv.
                                                © Collin et al. Nat Rev Immunol. 11:575-83 (2011)

DC als Signalsystem
   DC sind Sensoren für Non-Self (Bsp.
    Bakterien) da sie Rezeptoren dafür
    tragen, wie unterschiedliche TLR and
    NLR.
   Sie sind Signalmodulatoren, weil sie
    aus ganzen Antigenen Peptidfragmente
    herstellen, die im Kontext von MHC-
    Komplexen von T-Zell Rezeptoren
    erkannt werden können.
   Weiterhin sind sie Aktivatoren, weil sie
    generelle T-Zell-Aktivierungssignale wie
    CD80/CD86 zur Verfügung stellen.
   Und sie sind
    Differenzierungsauslöser, weil sie
    über separate Signale die
    Differenzieung von speziellen T-Zell-
    Subtypen anregen.
                                               © Collin et al. Nat Rev Immunol. 11:575-83 (2011)

Sensoren:TLR (a)
   Pattern Recognition Rezeptoren (PRR)
    sind in der innate Immunity dafür
    zuständig, non-self zu erkennen, obwohl
    nebenbei auch Danger Associated
    Molecular Patterns (DAMPs) erkannt
    werden.
   DAMPs sind self-Moleküle (wie ATP) die
    als Alarmsignal verwendbar sind.
   Die bekannteste Gruppe von PRR sind die
    Toll Like Rezeptoren (TLR). Beachten Sie
    die teils erheblichen Unterschiede
    zwischen Maus und Mensch.
   Die Expression von TLRs unterscheidet
    sich auch je nach Zelltyp und sie erlaubt
    ebenfalls die Differenzierierung von
    einzelnen DC-Subtypen. TLRs sind
    wichtige Marker bei der Typisierung von
    DCs.
                                                © Kropshofer and Vogt: Antigen Presenting Cells

Sensoren:TLR (b)
   Antibakterielle TLR (2, 4, 5) sind in der
    Cytoplasmamembran lokalisiert,
    antivirale (3, 7/8, 9) in endosomalen
    Kompartimenten.
   Man sieht daß DC - im Gegensatz zu
    moDC und Monozyten - LPS nicht
    sonderlich gut erkennen.
   Wie kann man dem moDC Problem
    entkommen? Es lassen sich aus
                                                © Kropshofer and Vogt: Antigen Presenting Cells
    peripherem Blut oder Geweben
    primäre humane DC gewinnen. Man
    kann sie auch sehr gut durch Antigene
    und andere passende Stimuli aktivieren.
   Nachteile: Schwierig, teuer, nur geringe
    Ausbeute. Erhebliche Person-to-Person
    Variation.

                                                 © Lombardi and Vasquez: Dendritic Cells

Sensoren:NLR
   NOD-like Rezeptoren (NLR) decken ein
    sonst nicht überwachtes Kompartiment
    ab: Das Cytosol. Sie erkennen
    Peptidoglycane (Komponenten
    bakterieller Zellwände).
   NOD2 reagiert auf muramyl dipeptide
    (MDP) und NOD1 reagiert auf meso-
    diaminopimelic acid (mDAP oder ieDAP).
   NOD 1 und NOD2 sind die am besten
    untersuchten Vertreter der Familie, aber
    es nicht einmal klar ob MDP und ieDAP
    direkte Liganden sind.
   Interaktion in der Signalübertragung
    verbindet TLR- und NLR-Signale.
   PAMP: Pathogen Associated Molecular
    Pattern.
                                               © Kanneganti et al., Immunity 27:549-559 (2007)

Signalmodulation
   Das Antigen ist üblicherweise ein
    non-self Peptid, obwohl natürlich
    auch self Peptide andauernd
    präsentiert werden.
   Gezeigt ist die Produktion von
    Peptiden für MHC I. Für MHC II
    Präsentation gibt es andere
    Mechanismen, da keinesfalls self-
    und non-self-Peptide im falschen
    MHC auftauchen dürfen.
   Das Signal (PAMP + Antigen) wird
    übersetzt in eine Form auf die die
    T-Zellen reagieren können:
    Peptid/MHC-Komplexe plus
    Aktivierungssignale.

                                         © Kropshofer and Vogt: Antigen Presenting Cells

T-Aktivierung / Differenzierung
   Coaktivatioren können allgemein für
    die vollständige Aktivierung von
    T-Zellen erforderlich sein. Ohne
    diese Co-Signale gehen T-Zellen in
    Anergie. CD28 Stimulierung via
    CD80/86 ist z.B. essentiell für
    T-Aktivierung. Inhibierende Signale
    gibt es ebenfalls.
   Andere Coaktivatoren induzieren die
    Differenzierung von spezifischen
    T-Subsets. Programmed Death
    Ligand 1 (PD-L1) verstärkt z.B. TH1
    Antworten, während PD-L2
    Differenzierung von TH2 Zellen
    favorisiert. Inducible T cell co-
    stimulator ligand (ICOSL) ist für die
    Differenzierung von TFH-Zellen          © Kropshofer and Vogt: Antigen Presenting Cells

    erforderlich.

CD-28 Familie
   Viele der beteiligten
    Adhäsionsmoleküle sind
    Verwandte von CD28, bilden
    also eine Unterfamilie der
    Immunglobulin-Superfamilie.
   Die Strukturen sind ähnlich aber
    die Bindungspartner sind
    überwiegend sehr spezifisch.
   Die Funktion ist aus der
    Struktur also nicht direkt
    ablesbar, obwohl bestimmte
    Bindungsmotive inzwischen
    bekannt sind.

                                       © Sharpe and Freeman, Nat Rev Immunol. 2:116-26 (2002)

TH: 1-X
   Das Verzeichnis der T-
    Helferzell-Subsets wächst
    immer noch weiter. Ziemlich
    klar sind TH1 (Auslösung von
    Entzündung), TH2 (Parasiten,
    Allergien), TH9 (Unterstützung
    für TH2 und TH17?), TH17
    (anhaltende Entzündung),
    Treg (Immunsuppression)
    TFH (Follicular helper T-cells:
    Stimulierung von B-Zellen in B
    Zell Follikelen, B Memory).
   Die Differenzierungswege
    sind komplexer als gedacht,
    Modell a (rechts) ist sicher zu
    einfach.

                                      © King, Nat Rev Immunol 9:757-66 (2009)

Plastizität
   T-Zellen bewahren sich eine
    wesentlich höhere Plastizität
    als früher vermutet, was für
    Problemfälle wie TH2 und
    TH17 einige Hoffnungen auf
    Therapieoptionen weckt. Es
    ist aber notorisch schwierig,
    T-Zell bestimmte Antworten in
    Patienten umzulenken oder
    abzubrechen.
   Probleme für Sie*: Die
    Regulierung von T-Zellen in
    laufenden Immunantworten ist
    nicht gut verstanden und
    neben T-Zellen spielen auch
    weitere Zelltypen eine
    wichtige Rolle.

                                     © King, Nat Rev Immunol 9:757-66 (2009)
                *Ihr Arbeitsplatz!

DC als Target
   DC als Schlüsselzellen sowohl der
    adaptiven als auch der angeborenen
    Immunität sind potenzielle Ziele für
    Therapien*.
   Mögliche Targets: PRR, Peptid-Pathways
    in der Zelle, intrazelluläre
    Signalmoleküle, sezernierte Cytokine und
    Chemokine, Adhäsionsmoleküle, Signale
    zur allgemeinen Aktivierung oder
    speziellen Differenzierung von T-Zellen.

   Zu schlagen wären 100 Mrd Umsatz …

                                               © Kropshofer and Vogt: Antigen Presenting Cells

                        *Ihr Arbeitsplatz!