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Was steuert die Wanderung von Immunzellen in der intestinalen Lymphbahn? – Mechanismen und Moleküle


Kontinuierlich patrouillieren naive Lymphozyten die sekundären lymphatischen Organe und scannen während ihrer Reise antigen-präsentierende Zellen auf passendes Antigen. Dabei gelangen sie über die Blutbahn oder afferente Lymphgefäße in den Lymphknoten und verlassen diesen über efferente Lymphgefäße. Im Zuge einer Entzündung oder Infektion kommt es zu einer Umstrukturierung und Aktivierung afferenter Lymphgefäße, die aus den betroffenen Bereichen in den drainierenden Lymphknoten führen (Lymphatic vessel remodeling), während gleichzeitig der Übertritt von Lymphozyten aus dem Lymphknoten in die efferente Lymphe blockiert wird (Lymph node shut down), so dass in der Folge der betroffene Lymphknoten sichtbar anschwillt. Obwohl das Phänomen als solches seit langem bekannt ist, sind die zugrundeliegenden Mechanismen und Moleküle erst ansatzweise identifiziert.

Ziel einer von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützten Kollaboration mit Arbeitsgruppen aus Finnland (S. Jalkanen und M. Salmi, Universität von Turku) und China (M. Zhu, Universität von Peking) ist es, die Migration von Immunzellen in der Lymphbahn im steady-state sowie bei Entzündungsprozessen und Infektionen zu verstehen.
In unserer Arbeitsgruppe charakterisieren wir im Rahmen dieser internationalen Zusammenarbeit das lymphatische Netz des intestinalen Immunsystems im Hinblick auf:

  1. den Austritt von Immunzellen aus den Peyer´schen Platten des Dünndarms in die afferente Lymphe im steady-state und im Infektionsmodell in vivo in der Maus
    Wir vermuten, dass die Hypertrophie der Peyer´schen Platten während einer Salmonelleninfektion vor allem auf einer Blockade des Zellaustritts in die zum mesenterialen Lymphknoten hinführende Lymphbahn beruht. Diese Vermutung bestätigend wird der Sphingosin1-Phosphatrezeptor 1 (S1PR-1), der den Zellaustritt aus Lymphknoten kontrolliert, in T- und B-Lymphozyten aus Peyer´schen Platten von Salmonellen-infizierten Mäusen höher exprimiert als in Kontrolltieren. Zudem, so konnten wir mithilfe konfokaler Mikroskopie zeigen, befinden sich in der efferenten Lymphe infizierter Peyer´scher Platten weniger Lymphozyten. Um das zu untersuchen, haben wir eine Technik etabliert, Lymphozyten durch eine direkte Injektion des Fluoreszenzfarbstoffs FITC in die Peyer´schen Platten narkotisierter Tiere zu markieren und dann zu analysieren, in welchem Maße die Zellen unter verschiedenen Bedingungen in den Peyer´schen Platten zurückgehalten werden, bzw. in der Lymphbahn, den mesenterialen Lymphknoten und im Blut wiedergefunden werden.
    Gleichzeitig arbeiten wir daran, die Technik der in-situ Markierung von Lymphozyten weiterzuentwickeln. Dazu benutzen wir den photokonvertierbaren Fluoreszenzfarbstoff Dendra2, dessen Emissionsspektrum sich durch Lichtbestrahlung aus dem grünen in den roten Bereich verschiebt. Mithilfe eines Retrovirus haben wir Dendra2-exprimierende Knochenmarkchimären generiert und gezeigt, dass durch eine kurzzeitige lokale Lichtbestrahlung alle Lymphozyten der Peyer´schen Platte in vivo in der narkotisierten Maus photokonvertiert werden können. Zurzeit sind wir dabei, verschiedene Parameter dieser vielversprechenden Technik, wie Stabilität der Dendra2-Expression, Überlebensrate der Zellen, optimale Bestrahlungsdauer und Penetrationstiefe zu optimieren.

  2. Zelltypen und Moleküle, die den durch Salmonellen-Infektion ausgelösten Shut-down der Peyer´schen Platten vermitteln
    Dendritische Zellen und Makrophagen sind die Zelltypen, die vorrangig von Salmonellen infiziert werden. Mithilfe transgener Mäuse, die den Diphterietoxinrezeptor unter Kontrolle von CD11c bzw. LysM exprimieren, können dendritische Zellen und/oder Makrophagen in adulten Tieren durch die Gabe von Diphterietoxin depletiert werden. Wir untersuchen die Retention von Immunzellen in solchen Tieren nach Salmonelleninfektion mithilfe der oben beschriebenen Techniken der FITC-Injektion oder Photokonversion. Kanididatenmoleküle, die zum Infektions-bedingten Shut-down der Peyer´schen Platten beitragen könnten, sind zum Beispiel Faktoren, die an der Regulation des Zell-Egress Moleküls Sphingosin1 Phospat Rezeptor beteiligt sind. Wir werden die Rolle solcher Moleküle in entsprechenden Mausmodellen oder mithilfe blockierender Antikörper im Zusammenhang mit FITC-Markierung und/oder Photokonversion analysieren.

  3. die Architektur der Lymphgefäße im Dünndarm
    Ein Verständnis der oben beschriebenen Prozesse setzt ein fundiertes Wissen über die Architektur der lymphatischen Gefäße im Dünndarm im steady-state und deren Umstrukturierung infolge von Entzündungsprozessen oder Infektionen voraus. Aufgrund ihrer Lage und Architektur benötigen Peyer´sche Platten per se keine afferenten Lymphgefäße, da Antigene über spezialisierte Zellen direkt aus dem Darmlumen aufgenommen werden können. Peyer´sche Platten und die sie umgebende Lamina propria werden vermutlich von gemeinsamen, zu den mesenterialen Lymphknoten hinführenden Lymphgefäßen drainiert. Mithilfe einer von der finnischen Arbeitsgruppe generierten transgenen Maus, in der lymphatische Gefäße durch Expression eines Fluorochroms unter der Kontrolle des common lymphatic endothelial and vascular endothelial receptor-1 (CLEVER-1) visualisiert werden können, möchten wir Architektur und Dynamik des lymphatischen Systems im Dünndarm im Ruhezustand und bei Entzündungs- /Infektionsprozessen grundlegend analysieren.

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