1 EINLEITUNG

1.1  Mastzellen

1.1.1  Die Mastzelle – ein Überblick

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Die im Bindegewebe vorkommende Mastzelle wurde erstmals 1879 von Paul Ehrlich gefärbt und beschrieben. Nach einer Toluidinblaufärbung stellten sich unter dem Mikroskop Zellen mit blau angefärbten intrazytoplasmatischen Granula dar. Aufgrund ihrer Präsenz im Bindegewebe vermutete Paul Ehrlich in diesen neuen Zellen eine ernährungsunterstützende Funktion und benannte sie Mastzellen, da sie mit ihren vielzähligen Einschlussgranula optisch einen gemästeten Eindruck auf ihn machten (Ehrlich 1879). Auch heute noch wird diese Anfärbbarkeit der zytoplasmatischen Granula der Mastzelle zu ihrer Identifizierung im Lichtmikroskop genutzt. Den Bekanntheitsgrad erlangte die Mastzelle durch ihre Schlüsselfunktion im allergischen Geschehen. Aber auch bei einer Vielzahl anderer physiologischer und pathologischer Prozesse spielt die Mastzelle wahrscheinlich eine entscheidende Rolle. Ihre Gesamtbedeutung ist trotz zahlreicher Untersuchungen erst punktuell geklärt, und viele ihrer Funktionen sind unklar und unter Wissenschaftlern umstritten. Zurückzuführen ist dies am ehesten auf ihr heterogenes Bild, das sie im menschlichen Körper zeichnet (Huntley et al. 1992, Weber et al. 1995). Dennoch ist heute klar, dass die Mastzelle eine wichtige Rolle bei der Initiation einer Immunantwort besitzt und funktionell eng mit anderen Immunzellen wie B- und T-Lymphozyten zusammenarbeitet (Henz et al. 2001).

Mastzellen sind eingebettet im Bindegewebe um Nerven, Blut- und Lymphgefäße zu finden. Vor allem kommen sie in der Haut, der Schleimhaut des Respirations- und Gastrointestinaltraktes sowie im Lymphgewebe und in der Peritonealflüssigkeit vor (Galli et al. 1999), ontogenetisch also überall dort, wo sich während der Embryogenese epitheliales Gewebe formiert (Henz et al. 2001). Die mittlere Mastzelldichte in menschlicher Haut liegt im Durchschnitt bei 5.000 bis 7.000 Mastzellen/mm3 Haut, wobei die Dichte zwischen einzelnen Hautlokalisationen um den Faktor 20 variieren kann (Holgate 1996, Weber et al. 2003).

Ein wichtiger Meilenstein in der Mastzellforschung wurde im Jahr 1977 von Kitamura et al. gesetzt. Seine Arbeitsgruppe konnte an mastzelldefizienten W/Wv-Mäusen (white spotting) beweisen, dass sich Mastzellen aus pluripotenten, hämatopoetischen Stammzellen nach Knochenmarktransplantation rekrutieren (Kitamura et al. 1978). Damit war die grobe Richtung der Mastzelldifferenzierung vorgegeben: Eine Vorläuferzelle hämatopoetischen Ursprungs verlässt das Knochenmark und wandert durch die Blutbahn in das Gewebe ein. Unter dem Einfluss zahlreicher Faktoren differenziert sie dort zur reifen Mastzelle, wie sie in dieser Arbeit aus Vorhäuten isoliert wurde (Kitamura et al. 1993). Seither wurde eine Vielzahl von Zytokinen und Wachstumsfaktoren beschrieben, die direkt oder indirekt Einfluss auf die Differenzierung und das Wachstum von Mastzellen nehmen. Beschrieben wurden bis dato IL-3, IL-4, IL-5, IL-9, IL-10, NGF, SCF, TGF-β und IFN-γ (Metcalfe et al. 1997), wobei anzumerken ist, dass viele der Faktoren nur bei einigen Spezies oder Mastzellsubarten wirken.

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Was zeichnet nun eine Mastzelle aus? Wo ist ihr Ursprung? Was sind ihre typischen Merkmale, Eigenschaften und Funktionen? Die Mastzelle ist zwischen 5 und 20 μm im Durchmesser groß und lässt sich über ihre typische Granularität und den randständigen, unsegmentierten Zellkern, also ihre Ultrastruktur, identifizieren (Czarnetzki et al. 1995, Metcalfe et al. 1997). Im Gegensatz zu anderen Leukozyten differenziert die Mastzelle erst in peripherem Gewebe zur vollständig differenzierten Mastzelle. Sie entsteht im Humansystem aus CD34+-, c-kit+-, und CD13+-Vorläuferzellen und findet somit wie auch bei der Maus ihren Ursprung im Knochenmark (Kirshenbaum et al. 1999). Typische immunologische Marker sind der hochaffine IgE-Rezeptor und der SCF-Rezeptor c-kit (Ashman 1999, Hasegawa et al. 1999). In zytoplasmatischen Granula gespeicherte Mediatoren können nach Stimulation der Mastzelle freigesetzt werden. Mit diesen biologisch aktiven Substanzen nimmt die Mastzelle eine wichtige Funktion bei Entzündungsprozessen und allergischen Reaktionen ein (Tabelle 1). Außerdem werden bei der Mastzellaktivierung, beispielsweise über den IgE-Rezeptor, diverse weitere Mediatoren de novo synthetisiert, wozu Lipidmetaboliten und Zytokine zählen.

Am bekanntesten ist wohl die allergische Überempfindlichkeitsreaktion vom Soforttyp, wie die allergische Rhinitis oder das Asthma bronchiale (Galli & Wershil 1996), aber auch bei allergischen Reaktionen vom verzögerten Typ, wie zum Beispiel der Kontaktdermatitis, sind Mastzellen von Bedeutung (Torii et al. 1993). Zudem besitzen sie auch die Fähigkeit zur Phagozytose und Antigenpräsentation (Malaviya & Georges 2002), Expression von Adhäsionsmolekülen und Lymphozytenaktivierung, Produktion von chemotaktischen Faktoren und Stimulation der Lymphozytenmigration (Henz et al. 2001). Aufgrund der Verteilung von Mastzellen um Blutgefäße wird ihnen auch eine vasoaktive Komponente zugesprochen (Metcalfe et al. 1997, Grutzkau et al. 1998). Seit kurzem ist bekannt, dass Mastzellen im Endstromgebiet des Gefäßsystems, das beispielsweise bei Sepsis besonders gestört sein kann, eine protektive Funktion einnehmen, und Mastzellproteasen die Homöostase dort aufrechterhalten. Damit erhält die Mastzelle eine zusätzliche Eigenschaft und optimiert das Zusammenspiel der Immunzellen im Kampf gegen bakterielle und parasitäre Infektionen (Maurer et al. 2003, 2004).

Tabelle 1: Überblick über Mastzellmediatoren.

Mediatoren der Mastzelle

Biogene Amine

Histamin

Serotonin (Maus)

Neutrale Proteasen

Chymase

Tryptase

Carboxypeptidase A

Saure Hydrolasen

ß-Hexosaminidase

ß-Glucuronidase

ß-D-Galactosidase

Oxidative Enzyme

Superoxid-Dismutase

Peroxidase

Proteoglykane

Heparin

Chondroitinsulfat E

Zytokine (präformiert)

TNF-α

Chemotaktische Faktoren

ECF

NCA

Lipidmediatoren
(de novo)

Lipoxygenaseprodukte (HPETEs, HETEs, Leukotriene)

Cyclooxygenaseprodukte (Prostaglandine, Thromboxan)

Thrombozyten aktivierender Faktor

Zytokine (de novo)
(werden nach Aktivierung exprimiert)

GM-CSF, IFN-γ, IL-1 bis IL-6, IL-8, IL-9, IL-10, IL-12, IL-13, MIP-1α, MIP-1β, MIP-2, TCA-3, TNF-α u.a.

1.1.2 Mastzellheterogenität

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Die morphologischen, biochemischen und funktionellen Eigenschaften der Mastzelle beschreiben ein heterogenes Bild. Der Phänotyp der Mastzelle variiert mit der Umgebung im menschlichen Körper und dessen Immunsituation. So unterscheiden sich Mastzellen in Größe, Ultrastruktur, histochemischen Eigenschaften, quantitativem Gehalt an Mediatoren, Sensitivität gegenüber Stimulation (Irani & Schwartz 1994) und Beeinflussbarkeit durch Medikamente (Forsythe & Ennis 2000). Eine Mastzelle in der Nähe einer akuten oder chronischen Entzündung kann gegenüber einer Mastzelle im gesunden Gewebe verändert sein (Beil et al. 2000). Weiter unterscheiden sich Mastzellen in der Haut von Mastzellen in den Alveolarsepten der Lunge, der Mukosa und Submukosa des Intestinums und in Lymphstrukturen (Church & Clough 1999). Entscheidend für die gewebespezifische Mastzellheterogenität ist dabei die Verteilung von proteolytischen Enzymen im Zytoplasma, nach der die zwei wichtigsten Mastzellkategorien unterschieden werden. Die ursprüngliche Aufteilung entstammte dem murinen System, in dem man mukosale Mastzellen (Mucosal Mast Cell, MMC) von Bindegewebsmastzellen (Connective Tissue Mast Cell, CTMC) trennt. MMC findet man überwiegend in der Lamina propria des Dünndarms, während CTMC vorwiegend in der Haut und Peritonealflüssigkeit aufzufinden sind (Enerback 1986). Humane Mastzellen unterscheidet man am Gehalt neutraler Proteasen. Der Mastzelltyp MCTC (Mast Cell Tryptase Chymase) verfügt über Granula mit Tryptase, Chymase, Carboxypeptidase A und Cathepsin G, während der Typ MCT (Mast Cell Tryptase) nur Granula mit Tryptase aufweist. Das Verteilungsmuster der beiden Mastzelltypen ist dabei gewebespezifisch. Der MCTC-Typ ist überwiegend in der Haut und der intestinalen Submukosa zu finden, wohingegen der MCT-Typ typischerweise in den Alveolarsepten des Lungenparenchyms und der intestinalen Mukosa vorherrscht (Irani & Schwartz 1994).

Um Mastzelleigenschaften und Charakteristika zu untersuchen, stehen mehrere Modellsysteme zur Verfügung, in denen sich die Heterogenität ebenfalls widerspiegelt. Untersuchungen zu reifen (differenzierten) Mastzellen werden entweder mit kutanen Mastzellen (KMZ), beispielsweise aus Vorhaut- oder Brusthautgewebe, oder mit Mastzellen aus Lungengewebe, der Nasen- oder Dünndarmschleimhaut durchgeführt. Häufig werden Mastzellen zusätzlich zu den genannten Systemen für Untersuchungszwecke auch aus undifferenzierten, pluripotenten Zellen generiert, die man beispielsweise aus Knochenmark oder Nabelschnurblut gewinnt. Der Forschung stehen zudem als weitere Mastzellmodelle drei humane Zelllinien zur Verfügung. Dabei handelt es sich um die Linien HMC-1 Zellen (Butterfield et al. 1988), deren Subklon HMC-1 5C6 Zellen (Weber et al. 1996) und LAD 1 und 2 Zellen (Kirshenbaum et al. 2003), die ein beinahe unerschöpfliches Reservoir an (unreifen) Mastzellen bieten.

1.1.3 HMC-1 5C6 Zellen

Erstmals im Jahr 1988 konnte aus dem Blut einer an Mastzellleukämie erkrankten Frau eine Mastzelllinie etabliert werden. Diese HMC-1 genannte Zelllinie repräsentiert ein sehr unreifes Mastzellstadium. Nachweislich verfügt sie in ihren Granula über Histamin, Tryptase und Chloracetatesterase, lässt sich mit Toluidinblau schwach färben, besitzt aber keinen funktionellen, hochaffinen IgE-Rezeptor (Butterfield et al. 1988, Hamann et al. 1994, Nilsson et al. 1994a). Zwei Punktmutationen in c-kit bewirken dessen konstitutive Phosphorylierung und eine damit verbundene Autoaktivierung. Aufgrund dessen proliferieren HMC-1 Zellen in Kultur ohne rhSCF Zusatz (Furitsu et al. 1993). Obwohl HMC-1 5C6 Zellen nicht alle typischen Mastzellcharakteristika aufweisen, stehen sie doch in enger Beziehung zu humanen Mastzellen und sind seitdem ein hervorragendes Modell für die Mastzellforschung (Agis et al. 1996).

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Fast zehn Jahre später, 1995, generierte die Arbeitsgruppe unter Frau Professor Henz aus der ursprünglichen HMC-1 Zelllinie mit limitierter Verdünnung einen weiteren Mastzellklon. Der HMC-1 Subklon HMC-1 5C6 präsentierte sich als ein weiter differenziertes Mastzellstadium als die parentale HMC-1 Zelllinie und war mit zusätzlichen Mastzellcharakteristika ausgestattet. Im Vergleich zur HMC-1 Zelllinie verfügt der Subklon 5C6 über einen funktionellen, hochaffinen IgE-Rezeptor und exprimiert dessen α-Kette wenn auch die Expression relativ schwach ist. Im Gegensatz zum Histamingehalt, der sich bei beiden Zelllinien ähnelt, ist die Tryptaseaktivität bei HMC-1 5C6 Zellen gesteigert und die Toluidinblauanfärbbarkeit über 90% im Vergleich zu 20% bei HMC-1 Zellen. Gleichwohl ist in beiden Fällen die Farbintensität schwach (Weber et al. 1996). Zusammenfassend stellen HMC-1 5C6 Zellen im Vergleich zu HMC-1 Zellen eine stärker differenzierte und homogenere Zelllinie in der Mastzellentwicklung dar und sind somit für die meisten Fragestellungen als Modellsystem geeigneter als ihre parentalen Zellen.

1.1.4 LAD 2 Zellen

Während die vorliegende Arbeit entstand, wurde von einem Patienten mit aggressivem Mastzellsarkom eine weitere Zelllinie etabliert, die in serumfreiem Medium kultiviert werden konnte und LAD 2 Zellen benannt wurden. Im Gegensatz zu HMC-1 5C6 Zellen besitzen diese LAD 2 Zellen keine aktivierende Mutation des c-kit Gens und benötigen den Zusatz von rhSCF zur Proliferation (Kirshenbaum et al. 2003). LAD 2 Zellen stellen ein intermediär differenziertes Reifestadium zwischen HMC-1 5C6 Zellen und KMZ dar und besitzen einen höheren Gehalt an Histamin und Tryptase als HMC-1 5C6 Zellen. Zusätzlich sind LAD 2 Zellen Chymase-positiv (auf mRNA-Ebene) und exprimieren in hohem Maße FcεRIα, wesentlich höher als HMC-1 5C6 Zellen (Jensen et al. 2005).

1.1.5 Kutane Mastzellen

Kutane Mastzellen (KMZ) müssen aus der Haut durch ein aufwendiges Verfahren isoliert werden und vermehren sich nicht in Kultur. Sie repräsentieren das Endstadium der Differenzierung und weisen die typischen Mastzellcharakteristika auf, die im obigen Teil bereits beschrieben wurden (siehe Kapitel 1.1.1). KMZ lassen sich mit starker Intensität Toluidinblau anfärben, haben einen hohen Gehalt an Tryptase, Chymase und Histamin und weisen einen funktionellen IgE-Rezeptor auf (Henz et al. 2001, Babina et al. 2004).

1.1.6 Drei unterschiedliche Mastzellsysteme – eine Gegenüberstellung

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Mit den oben beschriebenen Mastzelltypen stehen unserem Labor drei Mastzellmodelle zu Forschungszwecken zur Verfügung. Die zwei Zelllinien HMC-1 5C6 und LAD 2 sind von ihrem Phänotyp her betrachtet unreife Mastzellen, wobei aufgrund ihrer Eigenschaften HMC-1 5C6 Zellen noch wesentlich unreifer und undifferenzierter als LAD 2 Zellen sind. Die Tatsache, dass LAD 2 Zellen eine intermediäre Entwicklungsstufe in der Mastzelldifferenzierung einnehmen, ermöglicht Untersuchungen zur Beeinflussbarkeit der Mastzelle in drei unterschiedlichen Differenzierungsphasen. Mittels dieser drei Modelle und anhand ihrer Mastzellmarker konnte in dieser Arbeit untersucht werden, welche Faktoren positiven oder negativen Einfluss auf die Mastzellentwicklung haben und differenzierend (oder dedifferenzierend) wirken.

1.2 Mastzellmarker

Bei der Phänotypisierung der Mastzelle sind typische Charakteristika von entscheidender Bedeutung. Sie werden als Mastzellmarker zusammengefasst. Anhand der Expression dieser Marker können die zu untersuchenden Mastzellen beschrieben und Veränderungen festgestellt werden. Dies geschieht entweder über den Nachweis eines Proteins auf der Zelloberfläche, im Zytoplasma oder über die Darstellung der mRNA. Außerdem kann man Rezeptoren und Mediatoren einer Aktivitätsprüfung unterziehen oder die Antwort auf einen Stimulus untersuchen. Wichtige Marker der Mastzellen sind der hochaffine IgE-Rezeptor FcεRI, der SCF-Rezeptor c-kit, die in zytoplasmatischen Granula gespeicherten Endoproteasen Tryptase und Chymase sowie das biogene Amin Histamin.

1.2.1  Der hochaffine IgE-Rezeptor FcεRI

Der hochaffine IgE-Rezeptor FcεRI wird von Mastzellen, basophilen und eosinophilen Granulozyten, Langerhanszellen, Monozyten, Thrombozyten und Megakaryozyten intrazellulär oder auf der Zelloberfläche exprimiert, ist bei den beiden ersten Zellen aber am höchsten (Hasegawa et al. 1999). Dabei kommt dem Rezeptor bei der Vermittlung allergischer Prozesse eine entscheidende Rolle zu. Durch eine Quervernetzung der IgE-Rezeptoren auf der Zelloberfläche mit IgE-Antikörpern und dem multivalenten Allergen werden die Zellen aktiviert. Es folgt die Sekretion von Mediatoren, die klinisch bis zum anaphylaktischen Schock führen können (Dombrowicz et al. 1993).

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Der als tetramere Struktur aufgebaute Rezeptor besteht aus drei verschiedenen Untereinheiten, einer α-Kette, einer β-Kette und zwei über Disulfidbrücken verbundenen γ-Ketten (Blank et al. 1989, Kinet 1999). Die α-Kette wird auf der Zelloberfläche exprimiert und ist ausreichend für eine IgE-Bindung (Hakimi et al. 1990), während die β- und γ-Ketten intrazellulär lokalisiert und für die Signaltransduktion verantwortlich sind. Die γ-Kette des IgE-Rezeptors ist auch mit dem IgG-Rezeptor FcγRI assoziiert (Scholl & Geha 1993). Die β-Kette ist nicht immer nachweisbar und für die Funktionalität des FcεRI-Rezeptors nicht obligatorisch, obgleich signalverstärkend.

1.2.2 Der SCF-Rezeptor c-kit

Der Stammzellfaktor (Stem Cell Factor, SCF) ist der Ligand für den SCF-Rezeptor c-kit und ordnet sich als CD117 in die Liste der Cluster of Differentiation (CD) ein. c-kit (kit steht für die englische Bezeichnung kitten – das Kätzchen) ist das zelluläre Homolog des Onkogens v-kit, das 1986 in dem Katzensarkomvirus HZ4 nachgewiesen und isoliert wurde (Besmer et al. 1986). Der SCF-Rezeptor wird von Mastzellvorläufern und reifen Mastzellen exprimiert und ist essentiell für die Entwicklung von Erythrozyten, Melanozyten, interstitiellen Cajal-Zellen und Keimzellen im besonderen. Damit ist der SCF-Rezeptor auch auf hämatopoetischen Vorläuferzellen vorhanden und für deren Differenzierung unabdingbar (Ashman 1999, Kitamura & Hirotab 2004). Bei Mastzellen fördert SCF nicht nur die Differenzierung sondern bewirkt auch eine Aktivierung und moduliert die Degranulation, induziert Chemotaxis und Mastzelladhäsion und stimuliert bei Mastzellvorläufern die Proliferation (Grabbe et al. 1994). SCF ist der wichtigste Mediator, der das Wachstum und die Differenzierung humaner Mastzellen in vitro sowie in vivo fördert (Irani et al. 1992, Valent et al. 1992, Mitsui et al. 1993, Costa et al. 1996). Die intrazelluläre Domäne von c-kit verfügt über eine Tyrosinkinaseaktivität (Rezeptor-Tyrosin-Kinase). Die Stimulierung durch den Liganden SCF führt zu einer ligandeninduzierten Dimerisierung des Rezeptors gefolgt von intrinsischer Tyrosinkinaseaktivität. Diese bewirkt eine Phosphorylierung des c-kit-Rezeptors selbst, wodurch Signaltransduktionsprozesse in Gang gesetzt werden, von denen bis heute noch nicht alle bekannt sind (Ronnstrand 2004). Im allgemeinen werden aber durch Phosphorylierung von Tyrosinresten Proteine direkt aktiviert, die Zellwachstum und Differenzierung induzieren (Stryer 1996). Im besonderen seien die Signaltransduktionskaskaden JAK/STAT und Ras/Erk zu nennen. Bei ersterer werden durch Phosphorylierung die Janus-Kinasen (JAK) aktiviert, die dann wiederum durch weitere Phosphorylierung STAT-Proteine (Signal Transducers and Activators of Transcription, STAT) aktivieren. STAT-Proteine sind Transkriptionsfaktoren mit DNA-Bindungsstellen, die durch Dimerisierung im Zellnukleus die Genexpression regulieren. Am bekanntesten ist die Ras/Erk-Kaskade bestehend aus einer konsekutiven Aktivierung der Kinasen Raf-1, Mek1 und Mek2, und schließlich Erk1, Erk2 und MAPK p38 (mitogen-aktivierte Proteinkinase, Mitogen-Activated Protein Kinase). Die Erks dimerisieren im Nukleus und beeinflussen die Gentranskription. Bei der Signaltransduktion über den c-kit-Rezeptor spielt neben der Ras/Erk-Kaskade auch die PI3-Kinase und die von ihr aktivierte Proteinkinase B eine wichtige Rolle. Durch diese Kaskaden nimmt c-kit Einfluss auf Proliferation und Differenzierung von Mastzellen. Eine Mutation des c-kit-Gens kann entweder zu einem Funktionsverlust der Tyrosinkinaseaktivität oder zu deren Überaktivierung führen. Die Folge ist entweder eine totale Zelldepletion oder Tumorwachstum (Ronnstrand 2004), weswegen solche Mutationen bei Onkogenen zu finden sind. Eine c-kit-Mutation ist in den interstitiellen Cajal-Zellen die Ursache für die Entstehung von gastrointestinalen Stromazelltumoren. Im Jahr 1998 wurde dieser Zusammenhang entdeckt, c-kit wurde zum Tumormarker und die Therapie mit dem Tyrosinkinaseinhibitor Imatinib Mesylat (Gleevec/Glivec von Novartis) vielversprechend (Heinrich & Corless 2005). Heute ist Gleevec/Glivec für die Therapie der chronischen myeloischen Leukämie (CML) und von gastrointestinalen Stromazelltumoren zugelassen (Rote Liste 2005).

Eine c-kit-Mutation kann aber auch zu anderen Tumoren wie dem testikulären Keimzelltumor, der akuten myeloischen Leukämie (AML) und der Mastozytose führen (Akin & Metcalfe 2004). Bei der Kultivierung humaner Mastzellen ist zu berücksichtigen, dass humane Mastzellen, sofern sie keine c-kit-Mutation besitzen, rhSCF-abhängig in Medium kultiviert werden müssen wie beispielsweise LAD 2 Zellen (Kirshenbaum et al. 2003). HMC-1 Zellen proliferieren hingegen ohne den Zusatz des Wachstumsfaktors SCF (Butterfield et al. 1988, Nilsson et al. 1994a). Die aus humanem Gewebe isolierten Mastzellen können mit rhSCF deutlich länger in Kultur gehalten werden.

1.2.3 Tryptase

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Die Tryptase ist eine mastzellspezifische Serinendoprotease und wird in intrazytoplasmatischen Granula gespeichert (Schwartz 2001). Die Sekretion der Tryptase im Zuge der Degranulation ist charakteristisch für allergische Reaktionen. Somit dient die Tryptase als Allergiemarker (Payne & Kam 2004) und ist bei der Mastozytose ein wichtiger Verlaufsparameter (Schwartz 2001). Eine wichtige Funktion wird der Tryptase auch bei Entzündungsprozessen und der Immunantwort zugesprochen (Steinhoff et al. 2005), doch nicht alle Funktionen der Tryptase sind geklärt. Kürzlich wurde gezeigt, dass die Tryptase den Protease-aktivierten Rezeptor Typ 2 (Protease Activated Receptor, PAR) aktiviert. Die Signaltransduktion erfolgt über das ‚Triggern’ eines G-Proteins, da PAR-2 an dieses gekoppelt ist (Barnes et al. 2004). Über die PAR-2-Rezeptoren kann die Tryptase im kardiovaskulären, pulmonalen und gastrointestinalen System sowohl Einfluss auf Entzündungsprozesse nehmen als auch die Nozizeption beeinflussen (Coelho et al. 2003). Damit hat die Tryptase – und somit die Mastzelle – eine entscheidende Rolle bei der Pathogenese entzündlicher Erkrankungen in diesen Körperregionen.

1.2.4 Chymase

Die Chymase ist die zweite Serinendoprotease der Mastzelle und wird ebenfalls in zytoplasmatischen Granula gespeichert (Welle 1997). Im Gegensatz zur Tryptase ist die Chymase – soweit dies bisher bekannt ist – nicht an immunologischen Prozessen direkt beteiligt. Ihre Wirkungsweise ähnelt sehr stark der des Enzyms ACE (Angiotensin Converting Enzyme); Chymase kann auch Angiotensin I in die vaskulär hochwirksame Substanz Angiotensin II umsetzen. Dadurch spielt das Enzym eine zentrale Rolle bei der Pathogenese der Urtikaria, Kardiomyopathien und des Herzversagens (Doggrell & Wanstall 2004). Es wird vermutet, dass die Chymase am Umbauprozess der extrazellulären Matrix beteiligt ist und dadurch die Kardiomyopathie unterhält oder aggraviert (Unger & Li 2004). Aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeit zur Tryptase ist sie auch Ligand der Rezeptorfamilie PAR und aktiviert den Rezeptor PAR-1 (Schechter et al. 1998, Reed & Kita 2004).

1.2.5 Histamin und die Histidindecarboxylase

1.2.5.1  Histamin

Histamin ist wohl der bekannteste Mediator der Mastzelle und spielt die Hauptrolle bei allergischen Reaktionen vom Soforttyp (Typ I). Die Histaminausschüttung erfolgt nach Antigenkontakt und IgE-Quervernetzung auf der Mastzelloberfläche (siehe Kapitel 1.2.1) mit immunmodulatorischer und vasoaktiver Wirkung (Jutel et al. 2002). Bei der Reaktion vom Soforttyp führt Histamin zu einer Kontraktion der glatten Muskulatur, vorwiegend des Respirationstraktes, und ist somit Hauptverursacher des Asthma bronchiale. Daneben ist Histamin auch ein Neurotransmitter mit inhibitorischer und exzitatorischer Wirkung und kann in höherer Konzentration im Hypothalamus gefunden werden. Es wirkt auf spezielle Rezeptoren, die als Histaminrezeptoren bezeichnet werden und sich in vier Gruppen (H1 bis H4) untergliedern. Der H1-Rezeptor ist an entzündlichen und immunmodulatorischen Prozessen beteiligt. Über den H2-Rezeptor wird die Säureproduktion des Magens reguliert und eine Immunsuppression in Leukozyten über die meist inhibitorisch wirkende cAMP-Kaskade verursacht. Den H3-Rezeptor findet man hauptsächlich im zentralen Nervensystem, wo er bei der Regulierung des Wachzustandes und der Aufmerksamkeit, sowie bei weiteren Grundfunktionen eine wichtige Rolle spielt (Silbernagl & Lang 1998, Klinke & Silbernagl 2003, Jablonowski et al. 2004). Der kürzlich entdeckte H4-Rezeptor hat vermutlich bei Allergien und bei Asthma bronchiale eine bedeutende Funktion (Fung-Leung et al. 2004).

1.2.5.2 Histidindecarboxylase

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Histamin entsteht aus der Aminosäure L-Histidin nach Decarboxylierung mittels des Enzyms L-Histidindecarboxylase (HDC) (Shore 1971, Moya-Garcia et al. 2005). Anhand der Expression der HDC kann ein indirekter Rückschluss auf die Histaminsynthese und auf die Histaminkonzentration gezogen werden und ist somit bei Untersuchungen zu Histamin geeignet (Watanabe & Ohtsu 2002). Mit Hilfe von HDC-KO-(knock-out)-Mäusen konnte zugleich gezeigt werden, dass der Histamingehalt in Zusammenhang mit der Mastzellproliferation und ihrer Differenzierung steht (Watanabe 2001).

1.3 Zytokine

Zytokine sind Proteine oder Peptide, die zur interzellulären Kommunikation beitragen, und vor allem von Zellen des Immunsystems gebildet werden. Bis heute sind mehr als 25 verschiedene Interleukine sowie weitere Zytokine mit den zugehörigen Rezeptoren charakterisiert worden. Sie wirken hauptsächlich lokal, können sich aber auch über die Blutbahn ausbreiten und systemische Wirkung entfalten. Dadurch sind sie an einer Vielzahl – wahrscheinlich sogar an allen – Immunprozessen direkt beteiligt. Zytokine nehmen eine Schlüsselrolle bei der Immunzellrekrutierung und Aktivierung, Proliferation, Differenzierung und Ausbildung einer speziellen Immunfunktion ein. Die Interleukine IL-4 und IL-6 sowie der Nervenwachstumsfaktor NGF-β nehmen dabei in unterschiedlich starkem Umfang Einfluss auf die Proliferation und Differenzierung der Mastzelle.

1.3.1  Interleukin-4

Interleukin-4 (IL-4) wird von T-Helferzellen Typ-2 (TH2-Zellen), basophilen Granulozyten und Mastzellen unter speziellen Bedingungen produziert und gilt als klassisches TH2-Zytokin. Es aktiviert und rekrutiert wichtige Bestandteile des Immunsystems, nimmt maßgeblich Einfluss auf die humorale Immunantwort über eine Aktivierung von B-Zellen und führt dadurch zur Produktion von IgE und IgG1. Außerdem aktiviert IL-4 T-Zellen und initiiert die Migration eosinophiler Granulozyten (Steinke 2004). Diese IL-4-vermittelten Prozesse werden über den Rezeptorkomplex IL-4R/IL-13R gesteuert, indem IL-4 an die Rezeptorkette IL-4Rα bindet (Mueller et al. 2002). IL-4Rα wird hauptsächlich von Mastzellen, Monozyten, Fibroblasten, hämatopoetischen Stammzellen, eosinophilen Granulozyten, B-Zellen und T-Zellen exprimiert (Chatila 2004). Durch den Einfluss von IL-4 auf die IgE-Produktion, FcεRI-Expression und Eosinophilenmigration steuert es die entzündliche Komponente des Asthma bronchiale. Eine Antagonisierung des IL-4-Rezeptors kann möglicherweise einen Durchbruch in der Asthmatherapie bringen. Darüber hinaus scheint IL-4 auch bei der Progression einer chronischen Tuberkuloseinfektion eine wichtige Rolle zu spielen (Rook et al. 2004).

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Da Mastzellen keine homogene Zellpopulation darstellen (siehe Kapitel 1.1.2), sind auch die Effekte von IL-4 auf die Mastzelle unterschiedlich. Die Effekte unterscheiden sich sowohl innerhalb der verschiedenen Spezies als auch innerhalb der Mastzellsubarten, letzteres in Abhängigkeit von der Lokalisation im Körper (Metcalfe et al. 1997). Die wichtigen Funktionen von IL-4 in Bezug auf die Mastzelle sind die Beeinflussbarkeit der Proliferation und Differenzierung und die Hochregulation des IgE-Rezeptors, wie nachfolgend ausgeführt wird.

Bei humanen intestinalen Mastzellen kann IL-4 die Proliferation positiv beeinflussen, sofern rhSCF anwesend ist. So kann IL-4 bei annähernd reifen Mastzellen die Fähigkeit zur Induktion der Zellteilung beibehalten (Bischoff et al. 1999, Lorentz & Bischoff 2001). Bei in vitro gezüchteten humanen Mastzellen aus Nabelschnurblut besitzt IL-4 einen antiproliferativen Effekt (Lora et al. 2003) und kann die Mastzellreifung durch verstärkte Synthese beider Serinendoproteasen Tryptase und Chymase fördern (Toru et al. 1998). Dies steht im Einklang mit weiteren Studien, die darauf hinweisen, dass in einem wenig reifen Mastzellstadium differenzierende Eigenschaften i. d. R. überwiegen (Nilsson & Nilsson 1995, Xia et al. 1997, Ryan et al. 1998). IL-4 kann je nach Bedingungen einerseits die Reifung fördern andererseits aber auch Apoptose induzieren (Oskeritzian et al. 1999). Unreife Mastzellen und Mastzellvorläufer sind im Gegensatz zu reifen, differenzierten Mastzellen durch IL-4 stärker beeinflussbar (Nilsson et al. 1994b).

1.3.2 Interleukin-6

Das Zytokin Interleukin-6 (IL-6) wird vornehmlich von T-Zellen, Makrophagen und Monozyten gebildet und beeinflusst die Immunantwort und Entzündungsreaktionen (Nishimoto & Kishimoto 2004). IL-6 ist wichtiger Mediator der Akute-Phase-Reaktion und induziert in der Leber die Synthese und Freisetzung von Akute-Phase-Proteinen (Geiger et al. 1988). IL-6 hat dadurch einen großen Stellenwert im Heilungsprozess von Traumen und Verbrennungen. Wichtig ist die Funktion von IL-6 als Differenzierungsfaktor von B-Zellen und Aktivator von T-Zellen. Damit kommt dem IL-6 eine additive oder synergistische Wirkung mit dem IL-4 zu, wobei die IgG-Synthese weiter gesteigert und die Sekretion initiiert werden kann. Pathophysiologisch gesehen wird IL-6 dadurch zum Wachstumsfaktor humaner Myelome – Tumore, die eine massive Immunglobulinproduktion zur Folge haben können (Kallen et al. 1999). Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Beteiligung von IL-6 an ateriosklerotischen Umbauprozessen durch Unterhaltung der Akute-Phase-Reaktion. Damit ist IL-6 als Risikofaktor koronarer Herzkrankheiten identifiziert (Song & Schindler 2004). Eine Überproduktion von IL-6 ist Mitverursacher chronisch-entzündlicher Erkrankungen. In diesem Zusammenhang sollen vor allem rheumatische Arthritiden und Morbus Crohn genannt werden (Nishimoto & Kishimoto 2004).

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Für Untersuchungen an Mastzellen werden mononukleäre CD34+-Zellen aus Nabelschnurblut mit Zytokinzusatz zu Mastzellen differenziert. Bei diesem Prozess ist IL-6 neben SCF ein wichtiger Differenzierungsfaktor (Saito et al. 1995, Kirshenbaum et al. 1999). IL-6 scheint bei dieser Art Mastzellen aber auch ambivalente Wirkungen zu entfalten. So führte IL-6 zu einer verminderten Expression von c-kit mit gleichzeitiger Zunahme der Zellgröße (Durchmesser); gleichzeitig konnten die Chymaseanfärbbarkeit und der Histamingehalt gesteigert werden (Kinoshita et al. 1999). In einer anderen Studie konnte die Apoptoseinduktion durch IL-4 mit IL-6 aufgehoben werden (Oskeritzian et al. 1999). Durch adäquate Stimulation sind humane Mastzellen in der Lage, auch IL-6 selbst zu produzieren und zu speichern (Kruger-Krasagakes et al. 1996), wobei sich die Produktion von IL-6 in Mastzellen durch IL-4 bedingt blockieren lässt (Lorentz et al . 2000, Babina et al. 2004).

1.3.3 Nervenwachstumsfaktor-β

Der Nervenwachstumsfaktor-β (Nerve Growth Factor-, NGF-β) gehört zur Gruppe der neurotrophen Hormone. Ursprünglich wurde diesem hochmolekularen Peptid allein eine Funktion bei Wachstum und Differenzierung neuronaler Zellen zugedacht. Neuerdings weiß man auch von einer Beteiligung an immunologischen Prozessen insbesondere bei Entzündungen (Lambiase et al. 2004). Beim Asthma bronchiale beispielsweise verursacht NGF-β mitunter die Leukozytenmigration in die Mukosa des bronchialen Gewebes und aktiviert Entzündungszellen (Frossard et al. 2004). Zwei Rezeptoren stehen NGF-β als Andockstellen für die Signaltransduktion zur Verfügung. Den Tyrosinkinase-Rezeptor TrkA und den Tumor-Nekrose-Faktor-Rezeptor p75NTR, als Neurotrophinrezeptoren zusammengefasst, findet man jedoch nicht nur auf Zellen des neuronalen Systems und des Immunsystems sondern auch auf Brustkrebszellen. Dadurch beeinflusst NGF-β die Proliferation und das Wachstum dieser malignen Zellen auf positive Weise – ein weiterer möglicher Angriffspunkt bei der Antitumortherapie (Dolle et al. 2004). Bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Morbus Parkinson und Morbus Alzheimer ließen sich Veränderungen der NGF-β-Konzentration feststellen. Ähnliche Veränderungen konnte man auch bei der diabetischen Neuropathie nachweisen (Lad et al. 2003, Pittenger & Vinik 2003). Diese Alteration war abhängig von der Progression der Erkrankung (Lorigados-Pedre & Bergado-Rosado 2004). NGF-β greift auch in das sensorische System ein und scheint Einfluss auf die Nozizeption zu nehmen (Petruska & Mendell 2004).

Auch auf Mastzellen konnte ein Einfluss von NGF-β nachgewiesen werden. So konnte bei Untersuchungen an Mastzellen aus Nabelschnurblut gezeigt werden, dass NGF-β einen synergistischen Effekt mit SCF auf das Überleben der Zellen hat und die Apoptoserate vermindert (Kanbe et al. 2000). Bei der Mastzelllinie HMC-1 verursacht NGF-β eine Hochregulation von FcεRI, Tryptase und Histamin (Welker et al. 1998). Dieser positive Effekt auf die Tryptaseaktivität und den Histamingehalt bei HMC-1 Zellen konnte nachfolgend bestätigt werden (Groneberg et al. 2005). Auch bei humanen Mastzellen aus Nabelschnurblut konnte für NGF-β ein positiver Einfluss auf die Mastzellmarker nachgewiesen werden (Welker et al. 2000). NGF-β scheint somit in der Regel differenzierende Eigenschaften auf Mastzellen zu besitzen.

1.4 All-trans-Retinsäure

1.4.1  Überblick

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All-trans-Retinsäure (ATRA, Tretinoin) ist neben 9-cis-Retinsäure (9cRA, Isotretinoin) ein natürlicher Abkömmling des Vitamin A (Retinol, C20H30O) und gehört zu der Gruppe der Retinoide. Diese aktiven Metaboliten sind Oxidationsprodukte des Vitamin A und entstehen im menschlichen Körper aus dem per os aufgenommenen Provitamin A (Beta-Carotin). Durch die beiden Enzyme Retinoldehydrogenase (ROLDH) und Retinaldehydrogenase (RALDH) wird ATRA aus Vitamin A oxidativ hergestellt. In Primaten wird ATRA hauptsächlich zu 13-cis-4-oxo-Retinsäure metabolisiert (Petkovich 2001).

Retinoide spielen im menschlichen Körper eine essentielle Rolle bei der Zellproliferation sowie bei Wachstums- und Differenzierungsprozessen und somit im besonderen bei der Embryogenese (Maden 2000). Retinoidrezeptoren befinden sich im Zellkern und gehören zu der Superfamilie nukleärer Rezeptoren. Auf diese Weise entfalten Retinoide ihre hormonelle Wirkung direkt auf nukleärer Ebene und greifen in die Genexpression ein. Mehr als 530 Gene wurden in der Literatur bereits als direkte oder indirekte Ziele der Retinsäure beschrieben (Balmer & Blomhoff 2002).

Abbildung 1: Synthese der all-trans-Retinsäure (ATRA).

Vitamin A (oben) wird durch das Enzym Retinoldehydrogenase (ROLDH) zu Retinal (Mitte) umgesetzt. Mit Hilfe der Retinaldehydrogenase (RALDH) entsteht dann das Retinoidderivat ATRA (unten).

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ATRA war das erste künstlich hergestellte Retinoid, gefolgt von Isotretinoin und anderen Retinoiden; der therapeutischer Einsatz ist sehr vielfältig. Seit 1962 ist Tretinoin im Kampf gegen Akne im Einsatz (Gollnick & Krautheim 2003). In Deutschland sind heute Isotretinoin und Tretinoin für die Behandlung schwere Formen der Akne zugelassen, z.B. zur oralen Therapie der Acne conglobata und zur topischen Anwendung bei leichter und mittelschwerer Acne vulgaris (Rote Liste 2005). Auch für die Therapie der Psoriasis und insbesondere der Ichthyosen werden Vitamin A-Derivate eingesetzt. Bei emphysematischen Lungenschäden zeigt die Anwendung von ATRA eine Rückbildung der pathologischen Veränderungen (Maden & Hind 2004). Zweifelsohne liegt die größte Hoffnung der Retinoide in dem Einsatz zur Tumorprävention bei Metaplasien und der Krebstherapie selbst (Petkovich 2001, Smith & Saba2005). So haben Retinoide in den letzten Jahren in der Forschung große Erfolge im Bereich der Therapie maligner Erkrankungen gehabt, sei es der inhibitorische Effekt von ATRA auf das Wachstum des hepatozellulären Karzinoms (Piao et al. 2003), der antimetastatische Einfluss von ATRA auf Zellen des invasiven Prostatakarzinoms bei Ratten (Nwankwo 2002), die Verlangsamung des Wachstums bei squamösen Lungenkrebszellen (Bhattacharyya et al. 1997) oder der Einsatz bei T-Zelllymphomen und Kaposi’s Sarkoma (Zouboulis 2001). Die Therapie der akuten promyeloischen Leukämie (APL) mit ATRA muss an dieser Stelle besonders erwähnt werden, da sie im Kontext zu dieser Arbeit außerordentlich relevant ist (Breitman et al. 1981, Chomienne et al. 1996, Fenaux et al. 2001).

1.4.2 Signaltransduktion

Retinoide entfalten ihre biologische Aktivität über zwei spezifische Rezeptorklassen, die Retinsäurerezeptoren (RAR) und die Retinoid-X-Rezeptoren (RXR). Sie bestehen jeweils aus drei Unterformen RAR α, β, γ und RXR α, β, γ, die von separaten Genen kodiert werden und zur Superfamilie der nukleären Rezeptoren gehören, zu denen auch Steroidhormonrezeptoren, Thyroidhormonrezeptoren und der Vitamin D3-Rezeptor zählen (Petkovich et al. 1987). Die RARs vermitteln Signale der all-trans-Retinsäure und 9-cis-Retinsäure, während für die RXRs nur die 9-cis-Retinsäure Ligand ist. Für eine Rezeptoraktivierung und anschließende Signaltransduktion müssen RARs und RXRs heterodimerisieren. Das RAR/RXR-Heterodimer bindet im Nukleus an die responsiven Elemente (Responsive Element, RE) RARE (Retinoic Acid Response Element) und RXRE (Retinoic-X Responsive Element) (Yu et al. 1991, Mangelsdorf et al. 1990, 1992). Dabei handelt es sich um DNA-Segmente in den Promoter-/Enhancerregionen bestimmter, direkt Retinoid-responsiver Gene. Durch diese Bindung werden weitere Transkriptionsmodulatoren rekrutiert und auf diese Weise bestimmte Genabschnitte aktiviert (De Luca 1991, Dawson 2004). Dabei kann das RAR/RXR-Heterodimer über zwei Mechanismen die Genantwort beeinflussen. Eine positive Beeinflussung der Genexpression erfolgt über die Bindung des Heterodimers an die RAREs, während die Expression anderer Gene durch die Antagonisierung des Transkriptions-Faktor-Komplexes AP-1 oder NF-κB verhindert werden kann (Saatcioglu et al. 1994). Diese Mechanismen des An- und Abschaltens von Genen spielen unter anderem auch bei der Tumorentstehung und Tumortherapie eine wichtige Rolle (Nagpal & Chandraratna 1998).

Über diese Signalwege vermitteln Retinoide entscheidende Prozesse der Embryonalentwicklung insbesondere während der Organogenese und ZNS-Entwicklung u.a. durch eine Modulation von Prozessen der Zellproliferation, Differenzierung und Apoptose. Dabei scheint die Verteilung der Retinoidrezeptoren eine ebenso wichtige Rolle zu spielen wie die Retinoidsynthese und dessen Katabolismus (Petkovich 2001).

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Abbildung 2: Metabolismus des Vitamin A.

Der aktive Metabolit ATRA wird entweder über ein P450-Enzym zu 13-cis-4-oxo-Retinsäure abgebaut oder vermittelt seine Wirkung über spezifische Retinoidrezeptoren (RAR, RXR) und responsive Elemente (RARE, RXRE) im Nukleus.

1.4.3 ATRA und die Hämatopoese

ATRA spielt auch bei der Regulation und Differenzierung verschiedener Zelltypen der Hämatopoese eine wichtige Rolle. Dies gilt insbesondere für Granulozyten und Makrophagen, weniger für die Erythropoese (Lawson & Berliner 1999, Collins 2002). Besonders anschaulich ist der Effekt von ATRA auf die Hämatopoese bei dem Einsatz als Therapeutikum zur Behandlung der APL, bei der es aufgrund einer Translokation t(15;17) zu einem Gendefekt des RARα-Rezeptors kommt mit der Folge einer meist letalen Blastenakkumulation im peripheren Blut, also unreifen (undifferenzierten) und nicht funktionsfähigen Promyelozyten. ATRA bewirkt eine Differenzierung genau dieser leukämischen Blasten zu reifen neutrophilen Granulozyten (Chomienne et al. 1996). Untersuchungen zu Effekten von ATRA auf die Granulopoese unter Verwendung von hämatopoetischen Stammzellen (CD34+), myeloischen Vorläuferzellen oder stärker differenzierten Granulozytenvorläufern wiesen dabei durchaus in entgegengesetzte Richtungen, was sicherlich an den unterschiedlichen Reifestadien der einzelnen Vorläuferzellen lag (Purton et al. 1999, 2000, Douer et al. 2000, Sammons et al. 2000). Aber auch die Genese von Monozyten und eosinophilen und basophilen Granulozyten wird durch ATRA beeinflusst. So inhibiert ATRA die Differenzierung unreifer Vorläuferzellen eosinophiler und basophiler Granulozyten (Upham et al. 2002). Gleichzeitig kann ATRA bei der Behandlung der APL als Nebenwirkung eine reaktive Basophilie induzieren (Iwakiri et al. 1994, Shimamoto et al. 1994), was darauf schließen lässt, dass unter bestimmten Bedingungen ATRA einen positiven Einfluss auf die Entwicklung basophiler Granulozyten hat. Im Zusammenhang mit dem monozytären System zeigte sich ATRA einerseits als Differenzierungsfaktor in Richtung monozytärer Zellcharakteristika bei humanen leukämischen Zelllinien (U937 und HL-60) (Harris & Ralph 1985, James et al. 1997) andererseits als Retinoid mit dedifferenzierender Potenz bei reifen im peripheren Blut zirkulierenden Monozyten (Kreutz et al. 1998, Babina & Henz 2003). Aufgrund dieser häufig gegenteiligen Effekte wird deutlich, dass ATRA in das Wachstum, die Differenzierung und das Überleben der Leukozyten maßgeblich eingreift.

Abbildung 3: Stark vereinfachtes und teils erst hypothetisches Modell der Myelopoese.

Dargestellt ist die Entwicklung der einzelnen Zelllinien und, sofern bekannt, der mögliche positive (+) oder negative (-) Einfluß von ATRA auf die einzelnen Stadien. Abk.: Kolonien-bildende Einheit (Colony-forming unit, CFU), Granulozyten/Monozyten (GM), Megakaryozyten/Erythrozyten (ME). (Abgewandelt nach Babina & Henz 2003, Jahresbericht der Wilhelm Sander-Stiftung). Die verschiedenen Farben entsprechen den unterschiedlichen myeloischen Zelllinien. Grau: Vorläuferzellen

1.4.4 ATRA und die Mastzelle

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Die Effekte von ATRA auf die Mastzelle stehen in dieser Arbeit im Mittelpunkt der Untersuchungen. Bis heute gibt es nur eine handvoll Publikationen bezüglich dieses Themas. Alle Publikationen zeigten – unabhängig vom bislang eingesetzten Mastzelltyp – einen deutlichen Einfluss von ATRA auf die Proliferation und Differenzierung.

Betrachtet man zunächst den Einfluss auf die Proliferation, so zeigt ATRA einen negativen Effekt auf die Entwicklung der Zellzahl in Kultur. Bei aus Nabelschnurblut gewonnenen Mastzellen (rhSCF-abhängige Mastzellgenerierung aus CD34+-Zellen) zeigte die Kombination von ATRA und rhSCF einen negativen Effekt auf die Entwicklung der Zellzahl in Abhängigkeit von der ATRA-Dosis (Kinoshita et al. 2000, Hjertson et al. 2003, Ishida et al. 2003, Shiohara & Koike 2005). Auch bei HMC-1 Zellen konnte dieser negative Effekt auf die Zellzahl nachgewiesen werden (Nilsson et al. 1994a, Alexandrakis et al. 2003, Hjertson et al. 2003). Desweiteren wurde der Zelldurchmesser durch eine Behandlung mit ATRA signifikant verkleinert und damit die Zellmasse zusätzlich vermindert (Kinoshita et al. 2000).

Die oben zitierten Studien untersuchten zusätzlich zur Proliferation auch den Einfluss von Retinoiden auf gewisse Aspekte der Mastzellreifung. Neben diesem beschriebenen negativen Effekt auf die Proliferation zeigten die Untersuchungen auch einen negativen Einfluss von ATRA auf die Mastzellreifung. Dabei konnte eine Reduktion des Histamingehalts (Kinoshita et al. 2000) und der intrazellulären Tryptasekonzentration (Hjertson et al. 2003, Ishida et al. 2003) in Mastzellen aus Nabenschnurblut durch eine ATRA-Behandlung nachgewiesen werden (Shiohara & Koike 2005). Untersuchungen an den unreifen HMC-1 Zellen zeigten eine starke Herunterregulation von c-kit (Nilsson et al. 1994a, Hjertson et al. 2003) und ebenfalls eine Reduktion der intrazellulären Tryptasekonzentration (Nilsson et al. 1994a, Alexandrakis et al. 2003), während andere Marker kaum oder nur schwach beeinflusst wurden (Nilsson et al. 1994a). Bei humanen Mastzellen wird der Einfluss von Retinoiden auf die Differenzierung offenbar hauptsächlich über den RARα gesteuert (Kinoshita et al. 2000, Hjertson et al. 2003).

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Die Arbeitsgruppe hat sich in der Vergangenheit bereits mit dem Einfluss von ATRA auf Zellsysteme beschäftigt, sich dabei aber auf bestimmte Moleküle wie die Adhäsionsmoleküle ICAM-1, ICAM-3 und CD43 konzentriert, die eher mit der Rolle der Mastzelle bei der Immunabwehr als mit ihrer Entwicklung (Differenzierung) zu tun haben. Es konnte gezeigt werden, dass eine Behandlung von Mastzellen mit ATRA zu einer Hochregulation von ICAM-1, ICAM-3 und CD43 führt. In diesem Zusammenhang wurden neben Mastzellen auch andere Zelltypen des myeloischen Systems untersucht. Diese zeigten teils ähnliche, teils aber entgegengesetzte Effekte (Babina et al. 1997a, 1997b, 2001).

Die bisherigen Untersuchungen geben deutliche Hinweise darauf, dass ATRA als zentrales Molekül der gesamten Myelopoese auch speziell in die Differenzierung der Mastzelle eingreift. Die bisherigen Erkenntnisse sind jedoch lückenhaft und lediglich Beschreibungen zu individuell ausgewählten Mastzellsystemen. Eine systematische Untersuchung zum Einfluss von ATRA auf die Expression von Differenzierungsmarkern bei humanen Mastzellen unterschiedlicher Reifegrade fehlt bislang gänzlich und ist deshalb Gegenstand dieser Dissertation.


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25.08.2006