Henschke, Cornelia: Langzeitkultur von humanen Langerhanszellen: Phänotypische Eigenschaften und Apoptose

5

Kapitel 1. Einleitung

Die vorliegende Arbeit beschreibt das Verhalten von epidermalen dendritischen Zellen - Langerhanszellen - in Kultur sowie die Art und Weise ihrer Elimination. Langerhanszellen wurden 1868 von dem Medizinstudenten Paul Langerhans lichtmikroskopisch entdeckt (Wolff, K.; 1992). Unter dem Lichtmikroskop lassen die Langerhanszellen ein klares Cytoplasma erkennen. In frischen, aus der Epidermis gewonnenen Zellsuspensionen erscheinen sie als runde Zellen mit einer haarigen Oberfläche (Schuler, G. et al; 1992). Der Nachweis, daß es sich bei einer epidermalen dendritischen Zelle um eine Langerhanszelle handelt, gelingt lichtmikroskopisch nur mit immuncytochemischen Methoden, wie zum Beispiel durch APAAP-Färbung (Cordell, J. et al; 1984), bei der ausgenutzt wird, daß sie die einzigen CD 1a-positiven Zellen in der Epidermis sind (Romani, N. et al; 1992a). Bei elektronenmikroskopischer Betrachtung erkennt man in der Langerhanszelle ein spezifisches Zellorganell. Dieses von Birbeck erstmals beschriebene und nach ihm benannte Birbeck-Granulum, welches eine Form wie ein Tennisschläger hat, gibt es nur in Langerhanszellen (Birbeck, A. et al; 1961). Durch den elektronenmikroskopischen Nachweis von Birbeck-Granula lassen sich deshalb dendritische Zellen als Langerhanszellen identifizieren.

Pathophysiologisch spielt die Langerhanszelle eine wichtige Rolle bei der Kontaktallergie. Sie ist die auslösende Zelle bei der Sensibilisierung in der Haut (Stingl,


6

G. et al; 1978). Mittels Immunfluoreszenz, durch Flußcytometrie und ultrastrukturellen Untersuchungen wurde nachgewiesen, daß antigenpräsentierende Zellen der Haut während der Sensibilisierung in die Lymphknoten wandern (Macatonia, S. et al; 1987; Kripke, M. et al; 1990). Bei Patienten mit Kontaktdermatitis konnten mehr Langerhanszellen in der Epidermis gezählt werden als bei gesunden Individuen (Forsey, R.F. et al; 1998). Die primäre Funktion der Langerhanszellen besteht in der Präsentation von Antigen im Lymphknoten (Stingl, G. et al; 1992), wo sie eine Hapten-spezifische T-Zellantwort induzieren (Silberberg-Sinakin, I. et al; 1976). Dies geschieht über Oberflächenrezeptoren wie LFA-3 (Roitt, I; 1995b) sowie diverse Cytokinrezeptoren (Schuler, G. et al; 1992; Chatelain, R. et al; 1998; Smith, C.H. et al; 1998). In vivo verändern epidermale Langerhanszellen nach dem Kontakt mit einem Allergen ihren Phänotyp und ihre Funktion. In der Haut von Mäuseohren waren Langerhanszellen 24 Stunden nach dem Bestreichen mit einem Kontaktallergen größer und zeigten eine stärkere Expression von MHC-Klasse-II-Molekülen (Kolde, G. et al; 1987; Aiba, S. et al; 1990). Zudem verbesserte sich die Fähigkeit T-Zellen zu stimulieren.

Genauer konnten Verhalten und Funktion erst untersucht werden, nachdem man Wege gefunden hatte, Langerhanszellen zu isolieren und in Kultur zu bringen. So kultivierte und untersuchte Schuler murine Langerhanszellen (Schuler, G. et al; 1985). Während dieser Kultur entwickelten sich die Langerhanszellen zu reifen T-Zell-stimulierenden Zellen. In der gemischten Leukozyten-Reaktion (mixed leucocyte reaction=MLR) konnte gezeigt werden, daß hinzugegebene T-Zellen von frisch isolierten Langerhanszellen nur relativ schwach stimuliert werden. Das Stimulationsvermögen der


7

Langerhanszellen wächst nach dreitägiger Kultivierung beträchtlich an (Inaba, K. et al; 1986; Cohen, P. et al; 1992; Romani,N.et al; 1992b). Bei den Langerhanszellen in der Epidermis handelt es sich um unreife Vorstufen von antigenpräsentierenden Zellen (Romani, N. et al; 1989a). Sie beginnen zu reifen, nachdem sie Reizen, z. B. in vivo einem Kontaktallergen oder in vitro GM-CSF, ausgesetzt worden sind. Exogen zugeführtes Antigen wird am besten von unreifen Langerhanszellen aufgenommen, während gereifte Zellen am effektivsten in der Präsentation gegenüber T-Zellen sind (Romani, N. et al; 1989b). An frischen humanen Langerhanszellen wurden durchweg Birbeck-Granula und eine starke Expression von CD 1a, CD 1c und den MHC-Klasse-II-Molekülen HLA-DR, -DP und -DQ nachgewiesen (Teunissen, M. et al; 1990). Während der Kultivierung wurde die Expression von CD 1a und CD 1c merklich schwächer und die Zahl der Birbeck-Granula nahm ab. Die für die Antigenpräsentation essentiellen MHC-Klasse-II-Antigene blieben erhalten, LFA-3- und MHC-Klasse-I-Moleküle wurden sogar verstärkt exprimiert.

Auf kultivierten humanen und murinen dendritischen Zellen wird zudem die Expression der kostimulatorischen Moleküle CD 80 und CD 86 beobachtet (Yokozeki, H. et al; 1996; Kawamura, T. et al; 1995). CD 80 fungiert als Kostimulator des T-Zell-Rezeptormoleküls CD 28 (Larsen, C. et al; 1992; Azuma, M. et al; 1992), CD 86 als Ligand für CTLA-4 und CD 28 (Inaba, K. et al; 1994). CD 80 und CD 86 werden nur von gereiften Zellen exprimiert. Die Produktion beider Moleküle wird durch Cytokine reguliert (Ozawa, H. et al; 1996; Kawamura, T. et al 1995; Chang, C.-H. et al; 1995). Die Hochregulation von CD 80 ist mRNA gesteuert (Girolomoni, G. et al; 1994). CD 80 und CD 86 werden nicht in situ exprimiert, ihre Expression steigt in den ersten drei


8

Tagen der Kultur an und bleibt bis zum sechsten Tag hoch (Kawamura, T. et al; 1995; Yokozeki, H. et al; 1996).

Die Funktion und das Verhalten von Langerhanszellen in der Kultur und in der Immunpathologie sind schon von vielen Autoren untersucht worden. Bisher wurde jedoch noch nicht geklärt, wie sich die Langerhanszellen nach der Antigenpräsentation, also nach Erfüllung ihrer primären Funktion, verhalten. Würden die Zellen verbleiben, käme es zu einer Ansammlung von Langerhanszellen in den Lymphknoten und die Lymphknoten müßten sich im Laufe des Lebens nach einer wachsenden Anzahl von Antigenpräsentationen, mit Langerhanszellen anfüllen und vergrößern. Es gibt auch keinen Anhalt dafür, daß die Zellen nach Antigenpräsentation wieder in die Haut zurückwandern: in vivo befinden sich Langerhanszellen in der afferenten Lymphe und im Lymphknoten, in der efferenten Lymphbahn sind sie jedoch nicht mehr nachweisbar (Romani, N. et al; 1992c). Langerhanszellen besitzen in der Epidermis eine lange Lebensdauer; sie können mehrere Monate in der Epidermis verbringen. In der afferenten Lymphe und im Lymphknoten ist ihre Lebensdauer jedoch nur kurz (Steinman, R. et al; 1995). Es gibt noch einen weiteren Grund dafür, daß sie sich aus dem Lymphknoten wieder entfernen müssen: sie würden sonst weiter die T-Zellen zu einer Immunantwort stimulieren, was in einer überschießenden Immunantwort resultieren müßte. Eine Akkumulation von Langerhanszellen ist pathologisch und kommt z.B. bei der Histiocytosis X vor (Lieberman, P. et al; 1996). Möglicherweise könnte die Entartung von T-Zellen beim T-Zell-Lymphom durch Langerhanszellen hervorgerufen werden, die, da sie nicht eliminiert werden, solange T-Zellen stimulieren, bis diese mutieren.


9

Ziel der Untersuchungen war es, die zellulären und funktionellen Eigenschaften und die Elimination von Langerhanszellen in der Zellkultur zu ermitteln. Es wurde die Anzahl viabler Zellen mittels Trypanblauausschluß zu verschiedenen Zeitpunkten der Kultur ermittelt. Anhand von Immuncytochemie, Elektronenmikroskopie und eines spezifischen ELISAs wurde qualitativ und quantitativ nachgewiesen, daß die Eliminierung apoptotisch verläuft.


© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.

DiML DTD Version 2.0
Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML - Version erstellt am:
Fri Sep 14 13:13:48 2001