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

Das humanpathogene Bakterium H. pylori persistiert im
Gastroduodenaltrakt für Jahre oder sogar Jahrzehnte und löst durch
die Kolonisation der Magenmukosa eine chronische
Entzündungsreaktion aus. In den meisten Fällen bleibt diese
symptomlos, es können jedoch auch schwerwiegende Erkrankungen wie
ein Magen- oder Zwölffingerdarm-Geschwür oder Magenkrebs daraus
hervorgehen. Obwohl die Infektion eine starke zelluläre und
humorale Immunantwort hervorruft, kann H. pylori durch das
Immunsystem nicht eliminiert werden. In dieser 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 die Expansion der T-Zellen zu hemmen. Der
eine, nicht näher charakterisierte Faktor scheint mit der
Oberfläche der Bakterien assoziiert zu sein und inhibiert die
Proliferation der T-Zellen bei direktem Kontakt der Bakterien mit
den Zellen. Der zweite Faktor wurde als vakuolisierendes Zytotoxin
VacA identifiziert, das, wie bisher bekannt war, in Epithelzellen
die Bildung saurer Vakuolen auslöst. T-Zellen produzieren, wenn sie
aktiviert werden, den Wachstumsfaktor IL- 2, beginnen sich zu
vermehren und setzen eine Immunreaktion gegen das Pathogen in Gang.
Das VacA-Toxin hemmt jedoch die Bildung von IL-2 und bewirkt eine
Hemmung des Zellzyklus bei T-Zellen, indem es die Expression der
Cycline D3 und E reprimiert. Diese sind essentiell für die
Aktivierung des Retinoblastom-Proteins, das den Übergang des
Zellzyklus von der G1- in die S-Phase vermittelt. Durch die Hemmung
der IL-2-Produktion und die Erniedrigung der
Oberflächenlokalisation von CD25, der -Kette des IL-2-Rezeptors,
unterbricht VacA die Signaltransduktion, die normalerweise über den
IL-2-Rezeptor zur Expression der Cycline führt. Die Hemmung der
IL-2-Produktion durch VacA erfolgt auf transkriptioneller Ebene,
indem die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NFAT (Nuclear
Factor of Activated T cells) verhindert wird. Die anderen für die
Transkription des IL-2-Gens essentiellen 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 eine Erhöhung der Calcium-Konzentration im Zytoplasma
aus, was die Ca2+-abhängige Phosphatase Calcineurin aktiviert.
Calcineurin dephosphoryliert daraufhin den Transkriptionsfaktor
NFAT und NFAT wird in den Zellkern transportiert, wo es zusammen
mit AP-1 und NF-B die Transkription des IL-2-Gens initiiert. Es
konnte gezeigt werden, dass VacA die Translokation von NFAT in den
Kern durch Hemmung der Phosphatase-Aktivität von 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 Calcineurin ein geeignetes Zielmolekül ist, um eine
Immunantwort zu unterdrücken, zeigen auch die medizinisch
bedeutsamen Substanzen FK506 (Tacrolimus) und Cyclosporin A. Beide
V Zusammenfassung 91 Substanzen verursachen durch Hemmung von
Calcineurin eine starke Immunsuppression. In
DNA-Microarray-Analysen wurde untersucht, ob VacA einen ähnlich
drastischen Effekt auf die Funktion der T-Zellen hat wie FK506.
Dabei zeigte der Vergleich der Genexpression von VacA- und
FK506-behandelten T-Zellen, dass VacA eine Untergruppe der Gene,
die auch von FK506 reprimiert werden, herunterreguliert, wie z.B.
die Gene für die Zytokine Macrophage 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, was auf
einen ähnlichen Mechanismus, nämlich die Calcineurin-Hemmung
schließen lässt. Da das VacA-Toxin ein sekretiertes Protein ist,
das auch in den tieferen Schichten des Magengewebes nachgewiesen
werden kann, erreicht H. pylori nicht nur die vereinzelt im
Magenepithel vorkommenden T-Zellen, sondern auch die T-Zellen, die
bei der Infektion in die Lamina propria, eine tiefere Schicht der
Magenmukosa, einwandern. Durch die Unterdrückung der
T-Zell-Aktivierung und die Repression von Zytokin-Genen, die
wichtig sind für die Modulation der Immunantwort, induziert H.
pylori so vermutlich eine lokale Immunsuppression, die seine
Eliminierung durch das Immunsystem verhindert und eine chronische
Infektion des Magens ermöglicht. In einem zweiten Projekt wurde die
Spaltung von CagA in ein 100 kD- und ein Tyrosinphosphoryliertes 40
kD- Fragment nach dessen Translokation in diverse Zelltypen
untersucht. 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 der
Tyrosin-Phosphorylierung des CagA-Proteins und von Calcium abhängig
zu sein. Dabei wurde die Ca2+-abhängige Protease Calpain in einem
in vitro-Ansatz als ein CagAprozessierendes Enzym identifiziert.
Auch in Makrophagen kann die Spaltung von CagA in P100 und P40P-Tyr
durch den Calpain-Inhibitor Calpeptin verhindert werden. Die
Tatsache, dass transloziertes CagA in allen getesteten
eukaryontischen Zelltypen außer der Magenepithelzellinie AGS
prozessiert wird, deutet darauf hin, dass diese Prozessierung eine
biologische Bedeutung hat.