Wie TLR2-Signale Immunantworten beeinflussen

Das Gleichgewicht zwischen Mikroben und den Barrieregeweben des Körpers ist entscheidend für die Gesundheit der Gewebe. Immunzellen müssen richtig reagieren, um schädliche Mikroben in Schach zu halten, ohne das Gewebe selbst zu schädigen. Ein wichtiger Spieler in diesem Prozess ist ein Protein namens Interleukin-17 (IL-17). IL-17 ist an fast jeder Barriere im Körper wichtig, um Bakterien und Pilze unter Kontrolle zu halten, wenn alles normal läuft. Menschen und Mäuse, die bestimmte Arten von IL-17 nicht produzieren können, haben ernsthafte und potenziell lebensbedrohliche Infektionen.

#Wie die IL-17-Produktion geregelt wird

Die Produktion von IL-17 in einer Art von Immunzellen, den CD4+ T-Zellen, hängt von mehreren Faktoren ab. Hauptsächlich sind das Signale vom T-Zell-Rezeptor (TCR) und bestimmte entzündliche Proteine wie IL-23, IL-1β und IL-6. Die Regulation der IL-17-Produktion in anderen Immunzellen, wie natürlichen Killer-T-Zellen, angeborenen lymphoiden Zellen und γδ T-Zellen, ist jedoch nicht so gut verstanden. Einige Forschungen zeigen, dass IL-1β für die IL-17-Produktion in diesen Zellen notwendig ist, aber das TCR-Signal ist auch wichtig für eine vollständige Reaktion.

Sowohl unsere Studien als auch die anderer haben gezeigt, dass IL-17, das von diesen unkonventionellen T-Zellen produziert wird, eine entscheidende Rolle bei Autoimmunität und dem Schutz von mukosalen Oberflächen vor Infektionen spielt. Das betont die Notwendigkeit zu verstehen, wie diese Immunzellen funktionieren.

#Die Rolle der Bindehaut des Auges

Die Bindehaut, ein spezialisiertes Gewebe im Auge, schützt die Oberfläche vor Allergien und Infektionen. Mäuse, denen bestimmte IL-17-Proteine fehlen, zeigen eine hohe Anfälligkeit für schwere Augeninfektionen, wie die, die durch den Pilz Candida albicans verursacht werden. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass γδ T-Zellen in der Bindehaut wichtig für die schützenden Funktionen von IL-17 als Reaktion auf ein bestimmtes Bakterium, Corynebacterium mastitidis, sind. In einer bestimmten Untergruppe von γδ T-Zellen hängt die Produktion von IL-17 von TCR-Signalen und IL-1β ab.

Interessanterweise fördert dieses Bakterium auch die IL-17-Produktion in anderen γδ T-Zellen, aber die genaue Identität dieser Zellen und wie sie IL-17 produzieren, ist noch unklar. Eine enge Regulation der IL-17-Produktion im Auge ist entscheidend, um schädliche Mikroben am Wachsen zu hindern und Schäden an der ocularen Oberfläche zu vermeiden, wie sie bei Zuständen wie dem trockenen Auge auftreten. Zu verstehen, wie Bakterien im Auge IL-17 in diesen anderen γδ T-Zellen stimulieren, ist der Schlüssel, um zu wissen, wie die Immunreaktionen im Auge aufrechterhalten werden.

#Wie Mikroben die IL-17-Reaktionen beeinflussen

Bakterielle Bestandteile können IL-17-Reaktionen in γδ T-Zellen über Rezeptoren namens Toll-like Rezeptoren (TLRs) auf anderen Immunzellen stimulieren. Diese TLRs führen zur Produktion von IL-1β und IL-23, die dann bei der Produktion von IL-17A in γδ T-Zellen helfen. Zudem exprimieren γδ T-Zellen selbst auch mehrere TLRs, was ihre Funktionen beeinflussen kann. Der direkte Kontakt mit einem spezifischen TLR, TLR2, fördert das Wachstum von γδ T-Zellen und die IL-17-Produktion und zeigt, dass TLRs eine wichtige Rolle bei der Immunaktivierung spielen.

#Die Bedeutung des Zellstoffwechsels

Neuere Studien haben die Rolle des Stoffwechsels bei der Regulierung der Funktionen von Immunzellen hervorgehoben. Zum Beispiel hängen die Entwicklung und die Funktionen von γδ T17-Zellen mit ihrem Stoffwechselzustand zusammen. Die spezifischen Mechanismen und die Rolle von TLR2 bei der Anpassung des Stoffwechsels innerhalb dieser Zellen bleiben jedoch weitgehend unbekannt. Unsere Forschung zielt darauf ab, diese Lücke zu schliessen, indem wir untersuchen, wie TLR2-Signale die IL-17-Produktion durch Veränderungen im Stoffwechsel von C. mast-spezifischen γδ T-Zellen beeinflussen.

Durch die Verwendung von Mäusen, denen TLR2 fehlt, und solchen, die kolonisiert wurden mit C. mast, haben wir festgestellt, dass TLR2 entscheidend für die optimale IL-17A-Produktion nicht nur in dendritischen Zellen, sondern auch in γδ T-Zellen ist. Wir haben gezeigt, dass TLR2-Signale in γδ T-Zellen einen Transkriptionsfaktor namens IκBζ aktivieren, was zu einem Wechsel im Stoffwechsel führt, um Fettsäuren abzubauen und die IL-17-Produktion zu erleichtern. Diese Ergebnisse heben die Bedeutung von TLR2 in der Regulierung sowohl des Stoffwechsels als auch der Immunwege für γδ T-Zellen hervor und deuten auf sein Potenzial als Ziel zur Modifizierung von Immunreaktionen in mukosalen Geweben hin.

#Untersuchung der Mechanismen der IL-17-Produktion

Wenn das Auge von C. mast kolonisiert wird, löst das die Expansion von γδ T17-Zellen in den nahegelegenen Lymphknoten aus. Diese Zellen wandern zur Bindehaut, wo ihre Aktivität zu einer ausgewogenen Rekrutierung von Neutrophilen führt, einer Art von Immunzelle, die bei der Verteidigung hilft. Obwohl Signale vom TCR und IL-1β bekannte Mitspieler bei der IL-17-Produktion sind, blieb die Rolle von angeborenen Rezeptoren wie TLR2 in den Reaktionen dieser Zellen ungewiss.

In unseren Untersuchungen haben wir Mäuse mit entweder dem Bakterium oder einer Kontrolllösung kolonisiert und die IL-17A-Produktion in ihren drainierenden Lymphknoten analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass die TLR2-Defizienz die IL-17A-positiven Zellen und deren Gesamtproduktion im Vergleich zu normalen Mäusen signifikant reduzierte. Ausserdem war die Proliferation von γδ T-Zellen verringert, was zu einer merklichen Reduktion von IL-17 in der Bindehaut führte. Folglich hatte dies auch Auswirkungen auf die Rekrutierung von Neutrophilen im Auge.

#Die Rolle von TLR2 in der Kommunikation der Immunzellen

TLR2, das auf γδ T-Zellen und dendritischen Zellen während einer Entzündung exprimiert wird, spielt eine entscheidende Rolle bei der Produktion von IL-17 durch spezifische Mechanismen. Wir haben den Einfluss von TLR2 auf beide Arten von Immunzellen während einer Infektion mit C. mast untersucht. Die Untersuchung von Zellen aus der Bindehaut ergab, dass sowohl dendritische als auch γδ T-Zellen nach der bakteriellen Kolonisation TLR2 exprimierten. Auffällig ist, dass andere Immunzelltypen, wie αβ T-Zellen, unter ähnlichen Bedingungen TLR2 nicht exprimierten.

Weitere Experimente zeigten, dass TLR2 für effektive IL-17A-Reaktionen in Co-Kultur-Systemen mit γδ T-Zellen und dendritischen Zellen erforderlich ist. Unsere Analyse hob hervor, dass TLR2-defiziente dendritische Zellen niedrigere Mengen an IL-1β als Reaktion auf C. mast produzierten. Diese geringere Produktion von IL-1β trägt wahrscheinlich zur verringerten IL-17A-Produktion durch γδ T-Zellen bei. Die Einführung zusätzlicher IL-1β könnte die IL-17A-Produktion wiederherstellen und die Bedeutung dieses Signalwegs bestätigen.

Um die Wichtigkeit von TLR2 in γδ T-Zellen selbst zu untersuchen, führten wir adoptive Transfer-Experimente durch. TLR2-defiziente γδ T-Zellen zeigten beeinträchtigte Reaktionen auf C. mast, als sie in Mäuse übertragen wurden, denen γδ T-Zellen fehlten. Das lieferte klare Beweise für die entscheidende Rolle von TLR2 bei der Unterstützung ihrer IL-17A-Produktion und Proliferation in vivo.

#Vγ6-Zellen und ihre einzigartige Reaktion auf C. mast

Wir beobachteten Unterschiede zwischen verschiedenen γδ T-Zell-Untergruppen, insbesondere Vγ4- und Vγ6-Zellen, hinsichtlich ihrer Fähigkeit, IL-17A zu produzieren, wenn sie C. mast ausgesetzt waren. Vγ6-Zellen erwiesen sich als stärker auf TLR2-Signale angewiesen im Vergleich zu Vγ4-Zellen. Erste Beobachtungen zeigten, dass eine höhere Anzahl von Vγ6-Zellen nach der Kolonisation IL-17A produzierte. Dies ging einher mit einer stärkeren und schnelleren Reaktion im Vergleich zu Vγ4-Zellen und deutet darauf hin, dass Vγ6-Zellen eine entscheidende Rolle in den frühen Immunantworten spielen.

#Untersuchung der Mechanismen hinter der IL-17A-Reaktion

Um die spezifischen Mechanismen zu verstehen, durch die TLR2-Signale die Reaktionen der Vγ6-Zellen beeinflussen, führten wir detaillierte Genexpressionsanalysen durch. Unsere Ergebnisse zeigten deutliche Unterschiede in der Genexpression zwischen TLR2-positiven und -defizienten Vγ6-Zellen. Niedrigere Werte von IL-17A-bezogenen Genen wurden in TLR2-defizienten Zellen beobachtet. Ausserdem bewerteten wir mit einer Technik namens ATAC-seq die Chromatinzugänglichkeit in der IL-17A-Genregion der Vγ6-Zellen und identifizierten wichtige epigenetische Veränderungen, die durch TLR2-Signale beeinflusst werden.

Darüber hinaus fiel uns auf, dass TLR2-Signale positiv einen anderen Protein, IκBζ, beeinflussten, das für seine Rolle bei der Regulierung der IL-17A-Expression bekannt ist. In Experimenten zeigten Vγ6-Zellen ohne IκBζ reduzierte IL-17A-Transkription, was die Verbindung zwischen TLR2-Signalen und IκBζ in diesen Immunzellen unterstrich.

#Metabolische Veränderungen in TLR2-defizienten Zellen

Der Stoffwechselzustand von Immunzellen kann ihre Funktionen erheblich beeinflussen. Unsere Analyse deutete darauf hin, dass TLR2-Signale mit dem oxidativen Phosphorylierungsweg verbunden waren, der die für zelluläre Reaktionen benötigte Energie erzeugt. Obwohl sowohl TLR2-defiziente als auch -ausreichende Vγ6-Zellen ähnliche mitochondriale Massen zeigten, hatten TLR2-defiziente Zellen eine deutliche Reduktion ihrer mitochondrialen Aktivität, was mit einer verringerten ATP-Produktion verknüpft war.

Wir untersuchten auch, ob Vγ6-Zellen unterschiedliche Energiequellen zur ATP-Produktion nutzten. Die Ergebnisse zeigten, dass diese Zellen hauptsächlich auf Fettsäureoxidation zur Energieproduktion angewiesen waren. Diese Erkenntnis bedeutete, dass die TLR2-Defizienz die Fähigkeit der Zellen zur Fettsäuremetabolisierung beeinträchtigte, was zu einer verringerten Energieproduktion und damit zu einer Beeinträchtigung ihrer Funktion führte.

#Die Rolle von Cpt1a bei der IL-17A-Produktion

Um weiter zu verstehen, wie TLR2 den Fettsäurestoffwechsel beeinflusst, konzentrierten wir uns auf ein spezifisches Gen, Cpt1a, das eine entscheidende Rolle bei der Fettsäureoxidation spielt. Unsere Daten zeigten, dass TLR2 die Transkription von Cpt1a in Vγ6-Zellen fördert und damit deren Energieproduktionsfähigkeiten erhöht. Durch die Hemmung der Cpt1a-Aktivität konnten wir zeigen, dass die Fettsäureoxidation notwendig für die TLR2-vermittelten IL-17A-Reaktionen in diesen Zellen ist.

Weitere Experimente bestätigten diese Beziehung, indem sie zeigten, dass die Störung von IκBζ auch zu einer verringerten Cpt1a-Expression in Vγ6-Zellen führte, was eine Verbindung zwischen TLR2-Signalen, IκBζ und Fettsäurestoffwechsel herstellt.

#Zusammenfassung der Ergebnisse

Insgesamt hebt unsere Forschung die zentrale Rolle von TLR2-Signalen in γδ T-Zellen zur Förderung der IL-17A-Produktion als Antwort auf bakterielle Kolonisation hervor. Die Aktivierung von TLR2 führt zu transkriptionalen und metabolischen Veränderungen in diesen Immunzellen, die direkt ihre Fähigkeit zur Produktion von IL-17A beeinflussen.

#Implikationen für zukünftige Forschungen

Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Modulation des Stoffwechsels eine vielversprechende Strategie zur Beeinflussung der Funktionen von γδ T-Zellen an mukosalen Oberflächen sein könnte. Durch das Verständnis der Mechanismen hinter TLR2-Signalen können wir potenzielle therapeutische Ansätze erkunden, um Immunantworten in verschiedenen Bedingungen zu verbessern.

#Abschliessende Bemerkungen

Diese Forschung unterstreicht die Bedeutung des Zusammenspiels zwischen Immunwegen und Stoffwechsel. TLR2 fungiert als wesentlicher Regulator, der die mikrobielle Präsenz mit schützenden Immunantworten verknüpft, die sowohl Energieproduktion als auch Immunaktivierung beinhalten. Weitere Studien könnten zusätzliche Schichten in diesem komplexen Netzwerk enthüllen und neue Möglichkeiten für medizinische Interventionen zur gezielten Mukosaimmunität aufzeigen.