Die von bakteriellen Enterotoxinen induzierten Signale in humanen CD4+ T-Zellen

Abstract

Bakterielle Enterotoxine oder Superantigene werden neben anderen Krankheiten mit Autoimmunerkrankungen, sowie mit Asthma und Allergie in Verbindung gebracht. Der genaue Mechanismus der durch Superantigene induzierten Signale in diesen Krankheiten ist jedoch noch nicht geklärt. Wir haben in der vorliegenden Arbeit versucht, die durch Superantigene induzierten Signale in humanen, alloaktivierten CD4+ T-Zellen zu analysieren. Aktivierte humane T-Zellen besitzen MHC Klasse II Moleküle auf ihrer Oberfläche und machen damit die zusätzliche Anwendung von antigenpräsentierenden Zellen unnötig. Superantigene induzieren eine, von Adhäsionsmolekülen abhängige Aggregation von humanen T-Zellen. Superantigene setzten die durch Zytokine induzierte Proliferation von T-Zellen herab. Die durch PMA induzierte Proliferation wurde jedoch verstärkt, sowie die Oberflächenexpression der einzelnen IL-2 Rezeptor Ketten regulativ verändert. Die durch Superantigene induzierten Signale waren von Ca2+-Signalen und src-Kinasen abhängig, da sie von Cyclosporin A und PP1 gehemmt werden konnten. Superantigene induzierten eine akkumulierende Phosphorylierung an Serin und Tyrosin von Stat3 und Stat6, in einigen T-Zelllinien sogar schon nach einigen Minuten. Die Aktivierung von Stat- Proteinen unterschied sich deutlich von der durch Zytokine induzierten Aktivierung von Stat-Proteinen. Durch Superantigene induziertes Stat3 war nicht nur phosphoryliert, sondern auch biologisch aktiv und band sich an verschiedene Promotorregionen. Mittels Superantigenmutanten konnte keine funktionelle Abhängigkeit von einer der drei SEA-Bindungsstellen festgestellt werden, und die durch Superantigene induzierte Aktivierung von Stat-Proteinen erwies sich als abhängig von der Proteinbiosynthese. Superantigene induzierten in verschiedenen T-Zellen Linien eine kräftige Produktion der TH 2-Zytokine IL-5 und IL-13. Außerdem konnte IL-13 mit einem IL-13 Rezeptor-Molekül als das Stat3- und Stat6-aktivierende Zytokin identifiziert werden. Wir zeigten hier zum ersten Mal, dass humane CD4+ T-Zellen nach Inkubation mit SEA und einer verstärkten Expression des IL-13 Rezeptors in der Lage waren, spezifisch auf IL-13 zu reagieren. Neben den Zytokinen IL-5 und IL-13, sowie Stat6 induzierten Superantigene die Produktion des T2-spezifischen Transkriptionsfaktors Gata3 und der Kostimulations-moleküle Ox40 und ICOS in alloaktivierten humanen T-Zellen. Die vorliegende Arbeit erweitert unser Wissen von der Funktionsweise der bakteriellen Enterotoxine. Die hier erzielten Ergebnisse lassen einige Fragen offen und werfen darüber hinaus neue Fragen auf. Die vorgestellten Daten können jedoch zur Erklärung der Funktionsweise von Superantigenen in verschiedenen pathologischen Reaktionen herangezogen werden. Die Ergebnisse weisen ebenfalls auch mögliche therapeutische Ansatzpunkte zur Bekämpfung von Krankheiten hin, in denen Superantigene eine Rolle spielen.

Bacterial enterotoxins, or superantigens, have been implicated in the pathogenesis of autoimmune diseases and atopic disorders. Hence, the mechanism of how superantigens transmit their signals in those diseases is yet unknown. In the work presented here, we try to investigate the superantigen-induced signals in allo-activated, human CD4+ T cells. As activated human T cells do express MHC II molecules, we were able to omit the usage of antigen presenting cells in our experimental setup. The superantigen-induced T cell aggregation was found to be dependent on adhesion molecules. Superantigens down regulated the cytokine-induced T cell proliferation and up regulated the PMA-induced T cell proliferation, as well as modulated the expression of the IL-2 receptor chains. The superantigen-induced reactions were sensitive to Ca2+-signals and src-kinases, as cyclosporin A and PP1 inhibited those signals. We found an accumulating tyrosin and serin phosphorylation of Stat3 and Stat6, in some of the tested T cell lines all ready after 1 minute. The Stat activation observed here was different from an IL-2-induced Stat activation and resulted not only in phosphorylated Stat proteins but in Stat proteins that were able to bind different promoter regions and were biologic active. By using superantigen mutants, we were unable to detect any significant functional differences between the three SEA binding sites. The superantigen-induced Stat activation was found to be dependent on de novo protein synthesis. Superantigen induced a strong production of the TH2-cytokines IL-5 and IL-13 in different T cell lines. By using a IL-13R-chimera, we identified IL-13 as the cytokine responsible for activating Stat3 and Stat6 after superantigen incubation. Here, we give first evidence that incubation with superantigen induced a up regulation of the IL-13 receptor, resulting in a IL-13 responsiveness of human CD4+ T cells. Besides IL-5, IL-13 and Stat6, we found that superantigen induced activated human T cells to produce the TH H2-specific transcription factor Gata3, as well as the co-stimulatory molecules Ox-40 and ICOS. We presented here some new evidence on the function of bacterial enterotoxins. Not all questions have been answered and new questions arose. The presented data could help to explain some of the pathologic reactions of superantigens. The results point to new therapeutic angles to strike on diseases were superantigens have been implicated.