Signalwege von Sphingosin-1-Phosphat und deren Bedeutung für die endozytotische Aktivität von Dendritischen Zellen

Abstract

Sphingosin-1-Phosphat (S1P) stellt einen neuen biologischen Mediator dar, für den eine multilaterale Modulation vieler immunologischer Mechanismen bereits nachgewiesen werden konnte. In diesem Zusammenhang führt die topische Applikation von S1P in einem Tiermodell der experimentellen Atopischen Dermatitis zu einer abgeschwächten Hautentzündungsreaktion. Im Rahmen dieser Arbeit kann zum ersten Mal eine Modulation der dendritischen Zellen (DC`s) durch S1P nachgewiesen werden, die bei einer topischen Behandlung zu einer anti-inflammatorischen Wirkung beiträgt. Diese beruht auf einer Beeinflussung der essentiellen Phase der immunologischen DC-Aktivierung, die durch die Endozytose von Antigenen geprägt ist. Tatsächlich kann eine konzentrationsabhängige Reduktion der endozytotischen Kapazität in unreifen DC`s durch S1P ermittelt werden. In der vorliegenden Arbeit war es zudem von großem Interesse die molekularen Mechanismen aufzuklären, die zu der entsprechenden Reduktion der Endozytose durch S1P führen. Für die Aufnahme von Antigenen durch die unreifen DC`s aus ihrer unmittelbaren Umgebung stehen mehrere Endozytosemechanismen zur Verfügung. Tatsächlich kann für S1P die Reduktion der unspezifischen Flüssigkeitsaufnahme und der darin gelösten Antigene bzw. der Makropinozytose nachgewiesen werden. Die Untersuchung des dafür verantwortlichen Signalwegs zeigt die bereits etablierte Regulation der Phosphoinositid 3-Kinase-Aktivität als Ursache für das veränderte Endozytoseverhalten der unreifen DC`s, welche durch die Stimulation des S1P2-Rezeptorsubtyps bewerkstelligt wird. Darüber hinaus liefert die Erniedrigung der S1P2-Rezeptorexpression einen Hinweis auf eine endogene Regulation der Endozytose durch S1P in unreifen DC`s. So kann im Zuge dieser Arbeit ein autokriner Mechanismus unter Beteiligung des Lipidmediators in den DC`s postuliert werden. Dabei zeigt die Steigerung der endogenen S1P-Synthese mittels pharmakologischer Sphingosinkinase1-Aktivierung die erwartete Reduktion der endozytotischen Kapazität. Die Analyse des für die transmembranäre Translokation von S1P verantwortlichen Mechanismus kann ebenfalls näher identifiziert werden. Der Einsatz verschiedener, spezifischer Hemmstoffe bestätigt die Einbindung des ABCC1-Transporters. Die vorliegenden Untersuchungen zeigen somit eine essentielle Rolle von S1P bei der Endozytose der unreifen DC`s. Da die Antigenaufnahme den Initialschritt in der Immunkaskade darstellt, kann die Aufklärung der damit verbundenen Signalwege zur Etablierung neuer Therapien entzündlicher Erkrankungen wie der Atopischen Dermatitis maßgeblich beitragen.

The lipid mediator sphingosine 1-phosphate (S1P) has been identified as a new biological molecule that is involved in the modulation of multilateral immunological processes. In this context, topically administrated S1P inhibits the inflammatory reaction in an animal model of atopic dermatitis. Furthermore, for the first time the present work supplies clear evidence that a modulation of dendritic cell (DC) function contributes to the observed anti- inflammatory effect of local S1P application. The presence of S1P influences the essential step of DC activation, which is characterized by endocytosis of antigens. Stimulation of immature DC`s with S1P demonstrates a dose dependant reduction of antigen capture by these antigen presenting cells. In the present work, it was of great interest to specify the molecular mechanisms that lead to the S1P-induced reduction of endocytosis in immature skin DC`s. In an immature stage, DC`s are able to take up antigens via several different mechanisms. An examination of a mechanism affected by S1P indicated that this sphingolipid inhibits the screening of large volumes of fluid for antigens during macropinocytosis in DC`s. The present study shows that macropinocytosis is mediated by modulation of the PI3K activity, allowing a fine-tuned regulation of antigen capture. Furthermore, the present work indicates that S1P is able to reduce PI3K activity via the S1P2 receptor subtype. Most interestingly, down regulation of S1P2 receptor subtype not only prevents the inhibitory effect of S1P on antigen uptake but also increases the basal level of macropinocytotic capacity. These results provide evidence that S1P could be involved in the endogenous regulation of endocytosis in immature DC`s. This hypothesis has been substantiated by enhancing the endogenous biosynthesis of S1P using a direct inducer of SphK1 activity. As expected, observed reduction of endocytosis by DC`s in the presence of the SphK1 activator was accompanied by diminished phosphoinositid 3-kinase activity. In agreement with previous studies the present work provides evidence, that an ABCC1 transporter is involved in the secretion of the sphingolipid. In summary, the present work demonstrates an essential role of S1P in antigen capture by immature DC`s. Endocytosis is the initial step of the adaptive immune response. Thus, elucidation of related signalling pathways could significantly contribute to the establishment of new treatments for inflammatory diseases such as atopic dermatitis.