Untersuchungen zu den Mechanismen der Assemblierung und Disassemblierung von Desmosomen am Beispiel des Pemphigus

Desmosomen sind spezialisierte Haftstrukturen, die die
Stabilisierung des Zellverbundes gegenüber Zug- und Scherkräften
gewährleisten. Dazu binden desmosomale Cadherine extrazellulär an
Haftmoleküle benachbarter Zellen und sind intrazellulär unter
anderem über Desmoplakin (DP) und Plakoglobin (PG) an
Keratinfilamenten verankert. Insbesondere für das desmosomale
Cadherin Desmoglein 3 (Dsg3), das sowohl innerhalb als auch
außerhalb der Desmosomen vorkommt, wurde eine wichtige Bedeutung
als Adhäsionsprotein in Keratinozyten nachgewiesen. Trotz ihrer
Funktion, Widerstand gegen hohe mechanische Belastungen zu
vermitteln, sind Desmosomen dynamische Strukturen, die einem
stetigen Umbau unterliegen. Die Notwendigkeit einer genauen
Regulierung des desmosomalen Auf- und Abbaus wird durch das
Vorkommen zahlreicher vererbbarer und autoimmuner Erkrankungen
unterstrichen. In der vorliegenden Arbeit wurden Mechanismen, die
der geordneten Assemblierung der Desmosomen und der
Disassemblierung nach Störung der desmosomalen Zell-Zell-Haftung
unterliegen, untersucht. Im ersten Teil der vorliegenden Studien
standen die Vorgänge der Desmosomenbildung in humanen Keratinozyten
im Fokus. Adhärenskontakte und deren Zusammenwirken mit
Actinfilamenten spielen eine wichtige Rolle in der Ausbildung der
Desmosomen. Für die Actin-Bindeproteine Adducin und Cortactin wurde
durch siRNA-Interferenzstudien eine essentielle Funktion für die
Vermittlung der desmosomalen Zell-Zell-Haftung nachgewiesen. Die
siRNA-induzierte Depletion von Adducin verursachte eine Reduktion
der zytoskelettal-gebundenen Dsg3-Moleküle, was mit einer
reduzierten Membranmobiltät korrelierte. Für Cortactin wurde eine
direkte Interaktion mit Dsg3 mittels zweier unabhängiger
molekularbiologischer Methoden nachgewiesen. Dies deutet auf eine
direkte Rolle des Cortactins in der Regulierung der Desmosomen hin.
Die siRNA-induzierte Depletion von E-Cadherin führte zum Verlust
der membranständigen Lokalisation von Dsg3 und zu einer
verminderten Verankerung der Dsg3-Moleküle innerhalb der
zytoskelettalen Proteinfraktion. Es wurde ein Signalkomplex aus
extradesmosomalen Dsg3, E-Cadherin und der Tyrosinkinase Src
identifiziert, dessen Stabilität durch Src reguliert wurde. Hierbei
wurden Dsg3 und E-Cadherin an Tyrosinresten durch Src
phosphoryliert, deren Aktivität sowohl für die Inkorporation von
Dsg3 in die Desmosomen als auch für die Reifung der Desmosomen zu
stabilen Haftkontakten essentiell war. Im zweiten Teil der
vorliegenden Arbeit wurden die Prozesse der desmosomalen
Disassemblierung nach Inkubation mit Pemphigus
vulgaris-Autoantikörpern (PV-IgG) analysiert.PV ist eine etablierte
Modellerkrankung zur Untersuchung der Desmosomen-vermittelten
Zelladhäsion in Keratinozyten. Die Bindung der gegen Dsg1 und Dsg3
gerichteten PV-IgGs induziert eine Reduktion der Dsg3-Proteinmengen
und eine Aktivierung verschiedener Signalwege, u.a. von RhoA und
PKC. Da diese Signalwege ebenfalls Adducin regulieren und PV-IgGs
eine Umorganisierung des Actin-Zytoskeletts verursachen, die durch
exogene Aktivierung von RhoA verhindert wird, wurde das
Zusammenspiel von PV-IgGs, RhoA und Adducin untersucht. Die
protektive Wirkung der RhoA-Aktivierung auf die Zell-Zell-Haftung
und die Verteilung von Dsg3 nach Applikation der PV-IgGs war sowohl
von der Expression als auch von der Phosphorylierung von Adducin an
Serin726 abhängig. Interessanterweise verursachten PV-IgGs über den
Ca2+-Einstrom und über PKC, unabhangig von RhoA, eine schnelle
Phosphorylierung von Adducin an Serin726. Die durch den
Ca2+-Einstrom- und PKC-vermittelte Phosphorylierung von Adducin
könnte somit einen Rettungsmechanismus der Keratinozyten
darstellen, der in Reaktion auf die PV-IgG-Bindung einsetzt und die
desmosomale Assemblierung induziert. Ferner wurde die reduzierte
Verankerung der Keratinfilamente an Desmosomen, ein weiteres
Merkmal der PV-Pathogenese, mit der Aktivität von PKC korreliert.
Keratinfilamente, die einer dynamischen Regulierung durch p38MAPK
unterliegen, lösen sich in Reaktion auf PV-IgGs von den Desmosomen
und akkumulieren perinukleär. Dieses Phänomen der
Zytokeratin-Retraktion wurde durch Inkubation mit Tandempeptid
(TP), das die Transinteraktion von Desmogleinen stärkt, verhindert.
Zusammenfassend liefern die in dieser Arbeit gewonnenen Daten neue
Erkenntnisse über die Mechanismen des desmosomalen Umsatzes.
Adducin und E-Cadherin nehmen eine essentielle Rolle in der
Ausbildung und Aufrechterhaltung der desmosomalen Haftstrukturen
ein. Untersuchungen der pathogenen Effekte der PV-IgGs
unterstreichen die hohe Relevanz eines intakten Actin- und
Keratin-Stützgerüsts für die interzelluläre Haftung von
Keratinozyten. Diese Befunde könnten in Zukunft auch von
medizinischer Relevanz für die Therapie von Pemphigus-Patienten
sein.