Signalwege von Sphingosin-1-Phosphat und deren Bedeutung in der Migration von Langerhanszellen

Abstract

Langerhanszellen (LCs) gehören zur Familie der dendritischen Zellen und fungieren aufgrund ihrer antigenpräsentierenden Eigenschaften als Initiatoren spezifischer Immunantworten. Einen essentiellen Schritt in der Ausübung dieser Prozesse stellt die Migration in die Lymphknoten dar, weil erst durch den Kontakt mit T-Zellen eine immunologische Antwort induziert werden kann. Eine derart zentrale Funktion in der Regulation der Migration zwischen dem Blut- und dem Lymphsystem konnte für Lymphozyten dem Lysophospholipid Sphingosin-1-Phosphat (S1P) zugeordnet werden. Die vorliegende Arbeit zeigt nun erstmals eine chemotaktische Wirkung von S1P auf unreife (im) LCs. Weiterführende Untersuchungen in Gegenwart von Antisense- Oligodesoxynukleotiden identifizierten die Subtypen S1P1 und S1P3 als migrationsauslösende Rezeptoren, während über S1P2 die S1P-induzierte Migration gehemmt wurde. Neben S1P besitzt der Transformierende Wachstumsfaktor-β (TGF-β) eine Schlüsselfunktion in der Migration von imLCs, da Mäusen mit ausgeschaltetem TGF-β1-Gen selektiv LCs in der Dermis fehlen. In dieser Arbeit konnte für TGF-β eine mit S1P vergleichbar starke Migration auf imLCs nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu S1P sind die intrazellulären Signalwege von TGF-β bereits identifiziert. In der bedeutendsten Signalkaskade führt die Bindung des Wachstumsfaktors an TGF-β Typ-I (TβR-I)- und Typ-II- Rezeptoren zu einer Phosphorylierung von R-Smads, die nun in ihrem aktivierten Zustand mit dem Co-Smad4 heteromerisieren und Genaktivitäten regulieren. Studien an Smad3-knockout Mäusen zeigten, dass die migratorische Wirkung von TGF-β auf Monozyten über Smad3 vermittelt wird. Interessant ist, dass sowohl die chemotaktische Wirkung von TGF-β als auch die von S1P an Smad3-defizienten imLCs nahezu vollständig aufgehoben wurde. Darüber hinaus konnte für beide Mediatoren eine Aktivierung des Smad-Signalweges nachgewiesen werden. Jedoch übt S1P gegensätzliche Effekte auf die TGF-β-induzierte Migration sowie die zur Migration führende Smad-Aktivierung aus. Bei gleichzeitiger Gabe wurden die TGF-β-Effekte verstärkt, während die vorzeitige Inkubation mit S1P die TGF-β-Effekte nahezu vollständig inhibierte. Diese konträre Wirkung von S1P ist auf eine direkte Interaktion des S1P1 und des TβR-I zurückzuführen, welche nach der Stimulation mit S1P dimerisieren und anschließend als Rezeptorkomplex internalisieren. Ferner induzierte auch der Immunmodulator FTY720, ein S1P- Strukturanalogon, die Internalisierung des TβR-I und inhibierte über diesen Mechanismus die migratorischen Effekte von TGF-β auf imLCs. Somit konnte erstmalig eine Beteiligung des TGF-β-Signalweges in dem Wirkmechanismus von FTY720 nachgewiesen werden und LCs neben den Lymphozyten als Zielzellen von FTY720 identifiziert werden.

Langerhans cells (LCs) are a subtype of dendritic cells and are considered as inducers of immune responses due to their capability to present antigens. In order to fulfil their function they have to migrate from peripheral sites into the lymph nodes because their immune responses are primarily mediated through the interaction with T-cells. The lysophospholipid sphingosine-1-phosphate (S1P) has been identified as a key regulator in guiding T-cells between the blood and the lymphatic system. In this study a chemotactic activity of S1P on imLCs could have been proofed. Experiments in the presence of antisense- oligodesoxynucleotides identified S1P1 and S1P3 as the receptors responsible for the S1P-induced migration whereas S1P2 possessed antimigratory properties. Besides S1P the transforming growth factor-β (TGF-β) seems to be crucial for the migration of LCs since TGF-β1-knockout mice completely lack LCs in the dermis. In contradiction to S1P the signaling pathways of TGF-β are well characterized. In the most important signaling cascade the binding of TGF-β on TGF-β type-I (TβR-I)- and type-II-receptors leads to a phosphorylation of R-Smads which in turn heteromerize with Smad4 and regulate gene transcription. Studies on Smad3-knockout mice revealed that the migration of monocytes towards TGF-β is mediated by Smad3. Indeed, the migratory effects of TGF-β and most astonishingly also S1P were abrogated in Smad3-deficient imLCs. It is of interest that both mediators were able to induce a Smad-protein-activation. Further analysis revealed that S1P possesses opposite effects on the TGF-β-induced migration and Smad-protein-activation. Additive effects occurred when imLCs were stimulated with both substances simultaneously. In contrast, preincubation with S1P induced a complete loss of the TGF-β-evoked migration and Smad-protein-activation. This contrary effect is a result of a direct interaction of the S1P1 and TβR-I, which dimerize following S1P-stimulation and subsequently undergo internalization. It is of interest that the immunomodulator FTY720, which is a structural analog of S1P, also induced an internalization of TβR-I and inhibited TGF-β-signaling in imLCs comparable to S1P. These data indicate an involvement of the TGF-β-signaling-cascade in the mechanism of FTY720 and identified imLCs as target cells of this new immunosuppressive agent.