Die Funktion des vakuolisierenden Cytotoxins (VacA) und die Prozessierung des Cytotoxin-assoziierten Antigens (CagA) von Helicobacter pylori in Immunzellen

摘要

Das humanpathogene Bakterium H. pylori persistiert im Gastroduodenaltrakt für Jahre odersogar Jahrzehnte und löst durch die Kolonisation der Magenmukosa eine chronischeEntzündungsreaktion aus. In den meisten Fällen bleibt diese symptomlos, es können jedochauch schwerwiegende Erkrankungen wie ein Magen- oder Zwölffingerdarm-Geschwür oderMagenkrebs daraus hervorgehen. Obwohl die Infektion eine starke zelluläre und humoraleImmunantwort hervorruft, kann H. pylori durch das Immunsystem nicht eliminiert werden. Indieser Arbeit wurde der Einfluss von H. pylori auf die Proliferation und Aktivierung von CD4+T-Zellen untersucht. Dabei zeigte sich, dass H. pylori zwei Faktoren besitzt, um dieExpansion der T-Zellen zu hemmen. Der eine, nicht näher charakterisierte Faktor scheint mitder Oberfläche der Bakterien assoziiert zu sein und inhibiert die Proliferation der T-Zellen beidirektem Kontakt der Bakterien mit den Zellen. Der zweite Faktor wurde als vakuolisierendesZytotoxin VacA identifiziert, das, wie bisher bekannt war, in Epithelzellen die Bildung saurerVakuolen auslöst. T-Zellen produzieren, wenn sie aktiviert werden, den Wachstumsfaktor IL-2, beginnen sich zu vermehren und setzen eine Immunreaktion gegen das Pathogen inGang. Das VacA-Toxin hemmt jedoch die Bildung von IL-2 und bewirkt eine Hemmung desZellzyklus bei T-Zellen, indem es die Expression der Cycline D3 und E reprimiert. Diese sindessentiell für die Aktivierung des Retinoblastom-Proteins, das den Übergang des Zellzyklusvon der G1- in die S-Phase vermittelt. Durch die Hemmung der IL-2-Produktion und dieErniedrigung der Oberflächenlokalisation von CD25, der -Kette des IL-2-Rezeptors,unterbricht VacA die Signaltransduktion, die normalerweise über den IL-2-Rezeptor zurExpression der Cycline führt. Die Hemmung der IL-2-Produktion durch VacA erfolgt auftranskriptioneller Ebene, indem die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NFAT (NuclearFactor of Activated T cells) verhindert wird. Die anderen für die Transkription des IL-2-Gensessentiellen Transkriptionsfaktoren AP-1 und NF-B werden durch VacA nicht beeinflusst.Die Stimulation der T-Zellen aktiviert zwei Haupt-Signalwege: einer führt über den MAPKinase/ ERK-Kinase Weg zur Aktivierung von AP-1 und NF-B, der andere löst eineErhöhung der Calcium-Konzentration im Zytoplasma aus, was die Ca2+-abhängigePhosphatase Calcineurin aktiviert. Calcineurin dephosphoryliert daraufhin denTranskriptionsfaktor NFAT und NFAT wird in den Zellkern transportiert, wo es zusammen mitAP-1 und NF-B die Transkription des IL-2-Gens initiiert. Es konnte gezeigt werden, dassVacA die Translokation von NFAT in den Kern durch Hemmung der Phosphatase-Aktivitätvon Calcineurin verhindert. Dies hat zur Folge, dass NFAT-abhängige Gene, wie das IL-2-Gen oder das für CD25 codierende Gen, nicht abgelesen werden können. Dass Calcineurinein geeignetes Zielmolekül ist, um eine Immunantwort zu unterdrücken, zeigen auch diemedizinisch bedeutsamen Substanzen FK506 (Tacrolimus) und Cyclosporin A. BeideV Zusammenfassung91Substanzen verursachen durch Hemmung von Calcineurin eine starke Immunsuppression. InDNA-Microarray-Analysen wurde untersucht, ob VacA einen ähnlich drastischen Effekt aufdie Funktion der T-Zellen hat wie FK506. Dabei zeigte der Vergleich der Genexpression vonVacA- und FK506-behandelten T-Zellen, dass VacA eine Untergruppe der Gene, die auchvon FK506 reprimiert werden, herunterreguliert, wie z.B. die Gene für die ZytokineMacrophage Inflammatory Protein (MIP)-1, MIP-1, Single C Motif-1 (SCM-1) und SCM-1. VacA scheint also die Genaktivität von T-Zellen ähnlich wie FK506 zu modulieren, wasauf einen ähnlichen Mechanismus, nämlich die Calcineurin-Hemmung schließen lässt. Dadas VacA-Toxin ein sekretiertes Protein ist, das auch in den tieferen Schichten desMagengewebes nachgewiesen werden kann, erreicht H. pylori nicht nur die vereinzelt imMagenepithel vorkommenden T-Zellen, sondern auch die T-Zellen, die bei der Infektion indie Lamina propria, eine tiefere Schicht der Magenmukosa, einwandern. Durch dieUnterdrückung der T-Zell-Aktivierung und die Repression von Zytokin-Genen, die wichtigsind für die Modulation der Immunantwort, induziert H. pylori so vermutlich eine lokaleImmunsuppression, die seine Eliminierung durch das Immunsystem verhindert und einechronische Infektion des Magens ermöglicht.In einem zweiten Projekt wurde die Spaltung von CagA in ein 100 kD- und ein Tyrosinphosphoryliertes40 kD- Fragment nach dessen Translokation in diverse Zelltypenuntersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Prozessierung nicht nur in Makrophagen,sondern auch in dendritischen Zellen und in T-Zellen auftritt. Die Spaltung scheint von derTyrosin-Phosphorylierung des CagA-Proteins und von Calcium abhängig zu sein. Dabeiwurde die Ca2+-abhängige Protease Calpain in einem in vitro-Ansatz als ein CagAprozessierendesEnzym identifiziert. Auch in Makrophagen kann die Spaltung von CagA inP100 und P40P-Tyr durch den Calpain-Inhibitor Calpeptin verhindert werden. Die Tatsache,dass transloziertes CagA in allen getesteten eukaryontischen Zelltypen außer derMagenepithelzellinie AGS prozessiert wird, deutet darauf hin, dass diese Prozessierung einebiologische Bedeutung hat.