Vascular Glycoimmunology Laboratory

Glykostrukturen haben großen Einfluss auf physiologische Vorgänge einschließlich Immunreaktionen. Im Mittelpunkt unserer Forschung steht die Rolle der Glykosylierung bei der Immunität, besonders bei Interaktionen von Leukozyten mit dem vaskulären Endothel.

Die Identifizierung und Charakterisierung von angeborenen Glykosylierungsstörungen (CDG) ist ein weiterer Fokus unserer Forschung. Zur Zeit analysieren wir neuartige humane Defekte der Sialylierung. Wir sind gerne bereit, Leukozyten-Proben von Patienten zu analysieren, um CDGs zu charakterisieren. (Wir bitten dabei um vorherige Kontaktaufnahme, siehe obige E-Mail-Adresse).

Leukozyten-Migration und Selektine

Immunreaktionen sind entscheidend von der Fähigkeit der beteiligten Leukozyten abhängig, an die „Orte“ von Infektion (entzündete Gewebe) und Fremdantigen-Präsentation (sekundäre lymphatische Gewebe) zu gelangen. Hierzu besitzen die Leukozyten Oberflächen-Rezeptoren, die es ihnen ermöglichen, insbesondere mit den Endothelzellen der Blutgefäße in Kontakt zu kommen. Erst dieser Kontakt ermöglicht eine örtlich und zeitlich gesteuerte Leukozyten-Auswanderung aus dem Blut.

Abbildung 1 zeigt, dass die Auswanderung von Leukozyten in der Regel mit einem Rollen der Zellen auf aktiviertem Endothel (in entzündeten Geweben) bzw. auf hochendothelialen Venolen (in sekundären lymphatischen Organen) beginnt. Diese transienten Interaktionen werden von den Selektinen vermittelt, Ahäsionsmolekülen, die als Lektine Zucker-haltige Proteine oder Lipide erkennen.

Drei Selektine sind bekannt: das Endothel-spezifische E-Selektin, das auf Plättchen und Endothelzellen exprimierte P-Selektin und schließlich das L-Selektin, das auf Leukozyten zu finden ist.

Erst aufgrund dieses Selektin-vermittelten Rollens sind die Leukozyten dann in der Lage, mit Hilfe von Rezeptoren Chemokine auf der Oberfläche des Endothels zu perzipieren. Dies führt zur Aktivierung von Integrinen, einer anderen Klasse von Adhäsionsmolekülen auf Leukozyten, die eine feste Adhäsion der Zellen an das Endothel zur Folge hat. Schließlich erfolgt die Transmigration der Leukozyten durch das Endothel in das darunterliegende Gewebe.

Wir beschäftigen uns insbesondere mit dem ersten Schritt der inAbbildung 1 gezeigten „Adhäsionskaskade“, der Selektin-abhängigen Leukozyten-Adhäsion. Die Selektine binden an Glykostrukturen, die die Zucker Fucose und Sialinsäure(Neuraminsäure) enthalten. Die Prototyp-Struktur, die von Selektinen erkannt wird, ist das in Abbildung 2 dargestellte Tetrasaccharid Sialyl-Lewis X (sLe^x).

Leukozyten-Adhäsions-Defizienz II

Ein Defekt in der Biosynthese sLex-artiger Glykostrukturen führt dazu, dass die Selektin-vermittelte Adhäsion nicht stattfinden kann. Die Auswanderung von Leukozyten ist in diesem Fall gestört. Die humane Leukozyten-Adhäsions-Defizienz II (LAD II) ist ein derartiger Glykosylierungsdefekt. In LAD II bleiben Fucosylierungsreaktionen praktisch gänzlich aus. Die Folge ist nicht nur eine Immundefizienz aufgrund der fehlenden Selektin-Adhäsion (Abb. 3), sondern auch Neutrophilie, geistige Retardierung, motorische Defekte und stark verzögertes Wachstum (Wild et al., 2002). Als erblicher Glykosylierungsdefekt wird diese Erkrankung auch als „Congenital Disorder of Glycosylation-IIc (CDG-IIc)“ bezeichnet.

Vor einigen Jahren wurde am Universitätsklinikum Münster der damals weltweit dritte LAD II-Patient gefunden. Prof. Thorsten Marquardt und Dr. Kerstin Lühn konnten an diesem Patienten zum ersten Mal zeigen, dass die orale Gabe von L-Fucose die Neutrophilie und den Immundefekt dieser Erkrankung vollständig aufzuheben vermag.

Durch Komplementierungseperimente gelang es uns später, dengenetischen Defekt, der zu LAD II führt, zu identifizieren. Wir fanden, dass Mutationen im Gen für den GDP-Fucose-Transporterdes Golgi-Apparates für den Fucosylierungsdefekt verantwortlich sind (Lühn et al., 2001). Zeitgleich kam die Arbeitsgruppe um Christian Körner und Kurt von Figura in Göttingen zu identischen Ergebnissen. Der GDP-Fucose-Transporter transportiert den im Zytoplasma gebildeten aktivierten Zucker GDP-Fucose in den Golgi-Apparat. Dort wird GDP-Fucose als Donor für Fucosylierungsreaktionen benötigt. Alle bisher untersuchten LAD II-Patienten zeigen Mutationen im Gen des GDP-Fucose-Transporters. Der GDP-Fucose-Transporter ist in der Golgi-Membran lokalisiert und besitzt zehn Transmembran-Domänen (Abb. 4).

Durch in vitro-Analysen an allen bekannten defekten GDP-Fucose-Transportern konnten wir inzwischen zeigen, dass die bisher identifizierten LAD II- Patienten in 2 Gruppen eingeteilt werden können (Helmus et al., 2006) (Abb. 5):

A. Patienten mit Austauschen einzelner Aminosäuren im GDP-Fucose-Transporter. Diese Austausche inaktivieren die Transportmoleküle, erlauben aber weiterhin die Expression im Golgi-Kompartiment.

B. Patienten mit Deletionen einer oder mehrerer C-terminaler Transmembran-Domänen im GDP-Fucose-Transporter. Diese Transportmoleküle gelangen nicht in den Golgi, sondern verbleiben im endoplasmatischen Retikulum. Die Transporter sind zusätzlich durch das Fehlen der C-terminalen cytoplasmatischen Domäne funktionell inaktiviert.

Weitere in der Gruppe bearbeitete Themen:

• CDG-Erkrankungen: Identifizierung und Charakterisierung humaner Glykosylierungsdefizienzen Molekulare Charakterisierung des GDP-Fucose-Transporters
• Charakterisierung von Lektin-Lektinliganden-Interaktionen
• Inhibitoren von Selektin-Selektinliganden-Interaktionen
• Funktion von von-Willebrand-Faktor bei der Leukozyten-Migration

Publikationen

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