Wirkungen von 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-para-dioxin (TCDD) und 3,3',4,4',5-Pentachlorbiphenyl (PCB 126) auf das Thymusepithel des Menschen in vitro

Abstract

2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin (TCDD) ist ein ubiquitär verbreiteter Schadstoff, der sich in der Nahrungskette anreichert und dort über Jahre bzw. Jahrzehnte persisitiert. Die Wirkungen von TCDD auf das Immunsystem von Säugetieren sind seit Jahrzehnten bekannt. Der Wirkungsmechanismus der Immuntoxizität ist jedoch weitgehend unklar. Ob es zu einer direkten TCDD- induzierten Wirkung auf T-Lymphozyten kommt oder ob TCDD primär auf den Thymus wirkt ist nicht geklärt. Um die möglichen Wirkungen auf zelluläre Bestandteile des Thymus zu untersuchen, haben wir die Effekte von TCDD auf Primärkulturen von menschlichen Thymusepithelzellen (TEC) untersucht. Der Fokus lag hier auf dem Differenzierungsgrad und auf der Expression von Integrinen und Adhäsionsmolekülen, welche an verschiedenen Zell-Zell- und Zell-Matrix- Interaktionen beteiligt sind. TEC wurde mit verschiedenen Konzentrationen von 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin (0,001; 0,01; 0,1; 1,0 oder 10 nM) oder mit 100 nM 3,3',4,4',5-Pentachlorbiphenyl (PCB 126) über einen Zeitraum von 3 Tagen behandelt. Anschließend wurden sie mittels Durchflußzytometrie auf die Expression verschiedener Oberflächenantigene untersucht, die mit monoklonalen Antikörpern gegen TE-8, TE-16, CD49b, CD49e, CD51, CD54 und CD106 markiert wurden. Bereits ab einer TCDD-Konzentration von 0,01 nM wurde ein Anstieg der terminal-differenzierten, TE-16 positiven, Zellen gefunden; ab einer 10fach höheren Konzentration waren auch die TE-8 markierten Zellen deutlich erhöht. Bei beiden Antikörpern wurden die ausgeprägtesten Effekte (ca. +15%) bei 1,0 nM TCDD beobachtet. Ein Anstieg der die a-Ketten Integrine CD49b, CD49e, CD51 und CD54 exprimierenden Zellen wurde ab TCDD-Konzentrationen von 0,1 nM beobachtet. Die Anzahl der CD106 und CD49f exprimierenden Zellen nahm signifikant unter Behandlung mit TCDD ab. Kein Effekt konnte auf die Expression der Integrin ß-ketten CD29 und CD49f nachgewiesen werden. PCB 126 induzierte ähnliche Veränderungen wie TCDD. Zusammenfassend induziert TCDD und ein coplanares PCB die terminale Differenzierung von humanem TEC. Weiterhin werden zahlreiche Veränderungen innerhalb der exprimierten Integrine und Adhäsionmoleküle induziert. Diese Rezeptoren und ihre Interaktionen mit der extrazellulären Matrix sind wesentlich an der Reifung der T-Lymphozyten beteiligt. Die gefundenen Veränderungen weisen somit auf eine wesentliche Beteiligung des Thymusepithels bei der TCDD-induzierten Immuntoxizität hin.

2,3,7,8-tetrachloro-dibenzo-p-dioxin (TCDD) is an ubiquitously distributed xenobiotic. The adverse effects of TCDD on the mammalian immune system have been studied for decades, but it is still unclear whether TCDD has direct effects on T-lymphocytes or whether it acts via the thymic microenvironment. We have studied the effects of TCDD on primary cultures of human thymic epithelial cells (TEC) focusing on differentiation markers, integrins and adhesion molecules involved in cell-cell and in cell-matrix interactions. TEC were treated with TCDD at concentrations of 0.001, 0.01, 0.1, 1.0 or 10.0 nM or with 100 nM PCB 126 (3,3?,4,4?,5-pentachlorobiphenyl) for 3 days, and were then analysed by flow cytometry for expression of surface antigens using monoclonal antibodies against Hassall?s bodies (TE-8, TE-16) or against surface structures such as CD29, CD49b, CD49e, CD49f, CD51, CD54, CD58, CD61 and CD106. At TCDD concentrations as low as 0.01 nM we found a significant increase in terminally differentiated, TE-16-positive TEC; at a ten-fold greater concentration the number of cells marked with the TE-8 antibody was also increased. With both markers the most pronounced effect (approximately +15%) was observed at 1 nM TCDD. An increase of cells expressing the integrin a-chains CD49b, CD49e and CD51 as well as CD54 was observed at concentrations of 0.1 nM TCDD or higher. The proportion of cells expressing CD106 or CD49f decreased significantly upon treatment with TCDD. No effects on the integrin ß-chains CD29 and CD61 could be detected. Overall, PCB 126 induced similar changes to TCDD. In summary, TCDD and a coplanar PCB induced terminal differentiation of human TEC along with changes of integrins and other adhesion molecules. These receptors and their interplay with the extracellular matrix have key functions in the maturation of T-lymphocytes and it is plausible that their alteration would be involved in TCDD-induced immunotoxicity.