Aus der Klinik für Dermatologie, Venerologie und Allergologie
der Medizinischen Fakultät der Charité – Universitätsmedizin Berlin

DISSERTATION

Einfluss von all-trans-Retinsäure (ATRA) auf die Expression von Differenzierungsmarkern bei humanen Mastzellen unterschiedlicher Reifegrade

zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät der Charité –
Universitätsmedizin Berlin

von
Friedrich Thienemann
aus Heidenheim an der Brenz

Gutachter:
1. Prof. Dr. med. B.M. Henz
2. PD. Dr. med. B. Hermes
3. PD. Dr. med. K. Hartmann

Datum der Promotion: 26. Juni 2006

Widmung

Jenny und der Deutschen Elf

Zusammenfassung

Mastzellen (MZ) reifen zu terminal differenzierten Zellen erst in peripheren Geweben. ATRA ist ein wesentlicher Regulator der Hämatopoese und kann auf positive wie auf negative Weise deren Differenzierung beeinflussen – die Qualität ist dabei häufig abhängig vom Reifegrad. Die Arbeit beschäftigte sich daher mit der Frage, ob die Effekte von ATRA auf MZ ebenfalls abhängig von deren Reifegrad sind. Unreife HMC-1 5C6 Zellen, differenziertere LAD 2 Zellen und reife kutane MZ (KMZ) wurden mit ATRA behandelt und die Effekte auf spezifische Mastzellmarker auf Protein- und mRNA-Ebene untersucht. Die Proteinexpression von c-kit, FceRI, Tryptase und Chymase wurde bei allen drei Zellsystemen herunterreguliert. Änderungen der Proteinexpression wurden qualitativ, wenngleich nicht immer quantitativ auf mRNA-Ebene reflektiert, d.h. es gab Marker, bei denen die Herunterregulation auf der einen oder anderen Ebene überwog. Eine genaue Quantifizierung der ATRA-Effekte auf die Tryptase und Chymase zeigte eine prozentual erheblich stärkere Herunterregulation der mRNA als des Proteins. Invers dazu war der Effekt bei c-kit, ein Effekt, der besonders deutlich bei HMC-1 5C6 auszumachen war. Zur Klärung, welcher Mechanismus der von der mRNA-Ebene unabhängigen Herunterregulation des c-kit-Proteins zugrunde liegt, wurden HMC-1 5C6 zusätzlich zu ATRA mit Inhibitoren fundamentaler Zellfunktionen inkubiert. Cycloheximid allein war dabei in der Lage, die Wirkung von ATRA zu imitieren. Es kann also vermutet werden, dass die starke Herunterregulation des Proteins im Vergleich zur mRNA einem translationellen Mechanismus folgt. Betrachtet man alle Effekte gemeinsam, so zeigte ATRA den stärksten Einfluss auf das am weitesten differenzierte Mastzellsystem, nämlich KMZ. Geringer waren die Effekte bei LAD 2, wohingegen bei HMC-1 5C6 das schwächste Ansprechpotential gegenüber ATRA gefunden wurde. Dies ist von besonderem Interesse, weil ATRA normalerweise wesentlich potenter auf unreif-proliferierende Systeme wirkt. ATRA hat auf humane MZ einen deutlich dedifferenzierenden Effekt, der weitgehend unabhängig vom Reifegrad der Zellen operiert. Die Effekte scheinen dabei in Abhängigkeit vom betrachteten Marker nicht auf die transkriptionelle Ebene beschränkt zu sein, sondern könnten auch einem translationellen Mechanismus unterliegen.

Eigene Schlagworte: Mastzelle, Dedifferenzierung, Vitamin A, Retinoide

Abstract

Mast cells (MC) are of hematopoietic origin but complete their differentiation exclusively within tissues. A large number of mediators positively or negatively affect the maturation process of MC. ATRA is a potential master regulator of haematopoiesis, where it primarily affects immature and proliferative leukocytes. Here, the effects of ATRA (3-7d) on MC that span different stages of maturation, i. e. immature-leukemic HMC-1 5C6 cells, intermediately matured LAD 2 cells, and terminally differentiated skin MC were analyzed. The expression of the lineage markers c-kit, FceRI, tryptase, chymase und histidindecarboxylase (HDC) was studied in parallel at protein level by flow-cytometric analysis and at mRNA level by RT-PCR. ATRA exposure led to a down-regulation at protein and at mRNA level of c-kit, FceRI, tryptase and chymase by all MC subtypes. Comparing protein and transcript levels, however, substantial differences between c-kit and the proteases were noted. c-kit down-regulation was more pronounced at protein level, whereas the opposite was found with proteases. Further analysis revealed the existence of a second mechanism of c-kit down modulation that proceeded rapidly and independently of mRNA changes. This pathway was restricted to immature MC and could be mimicked by cycloheximide, suggesting that altered translation may account for the phenomenon. Taken together, the study indicates that MC are significant target cells of ATRA throughout their lifespan, but that the molecular events underlying down-regulation of lineage markers may be shifted in the course of MC differentiation. The strongest effects of ATRA were observed in mature MC, while this accounts to a lesser degree for LAD 2 cells. In contrast, the immature and highly proliferating HMC-1 5C6 cells presented even less sensitive to ATRA. Therefore, ATRA has dedifferentiating potential towards human MC that is most pronounced in mature MC. Depending on the specific marker, protein down regulation can underlie various mechanisms. In this regard, c-kit seems to follow a translational rather than transcriptional inhibitory process.

Keywords: mast cell, dedifferentiation, vitamin A, retinoic acid

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der Humboldt-Universität zu Berlin
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25.08.2006