The Role of Chemokines in Leukocyte Recruitment across the Blood-Brain Barrier

Die Wanderung autoaggressiver T-Zellen durch die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist am Ausbruch der Multiplen Sklerose (MS) und ihres Tiermodells, der Experimentellen Autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE), entscheidend beteiligt. Unsere kürzlich gemachte Beobachtung, daß G Protein-vermittelte Signale für die Adhäsionsverstärkung enzephalitogener T-Zellen an BHS-Endothel in vivo benötigt werden, macht eine direkte Beteiligung von Chemokinen an diesem Vorgang wahrscheinlich. Um direkt an der Lymphozytenrekrutierung beteiligt zu sein, müssen Chemokine entweder von BHS-Endothelzellen exprimiert werden oder sie würden einen bisher unbekannten Transportmechanismus vom Parenchym des Zentralen Nervensystems (ZNS) durch die endotheliale BHS auf die luminale Oberfläche der Endothelzellen benötigen. Von der endothelialen BHS exprimierte Chemokine wurden mit Hilfe von in situ Hybridisierungs- und immunhistochemischen Methoden identifiziert, wodurch die Expression der lymphoiden Chemokine CCL19 und CCL21 in Venolen gezeigt wurde, die von inflammatorischen Zellen umgeben waren. Gleichzeitig wurde die Expression ihres gemeinsamen Rezeptors, CCR7, in inflammatorischen Zellen in Gehirn- und Rückenmarkgewebeschnitten an EAE erkrankter Mäuse detektiert. Enzephalitogene T-Zellen wiesen sich durch Oberflächenexpression von CCR7 und des alternativen Rezeptors für CCL21, CXCR3, aus. In vitro zeigten sie eine Konzentrations und Pertussis Toxin-abhängige, chemotaktische Reaktion, die mit der naiver Lymphozyten vergleichbar war. Die funktionelle Beteiligung von CCL19 und CCL21 an der Adhäsionsverstärkung enzephalitogener T-Lymphozyten wurde in vitro durch Bindungsversuche auf Gefrierschnitten an EAE erkrankter Mäuse und in vivo durch vorläufige Ergebnisse intravitaler Fluoreszenzvideomikroskopie im Rückenmark gesunder Mäuse gezeigt. Die teilweise Hemmung der Bindung enzephalitogener T-Lymphoblasten, die beobachtet wurde, legt die Beteiligung weiterer, möglicherweise unbekannter Chemokine an der Rekrutierung von Lymphozyten durch die BHS in das immunprivilegierte ZNS nahe. Derartige Chemokine, Rezeptoren, sowie weitere Moleküle wurden in BHS-Endothelzellen mit Hilfe von Oligonukleotid-Mikroarrays, subtraktiver-Unterdrückungshybridisierung und Proteomik Ansätzen identifiziert. Abgesehen von der verstärkten Expression von Genen und Proteinen, deren Einfluß auf die Leukozytenrekrutierung wšahrend des Krankheitsverlaufs der EAE bereits gezeigt wurde, wurden weitere Gene und Proteine identifiziert, deren Beteiligung am Krankheitsverlauf der EAE bisher nicht beschrieben war. Zu den letzteren gehörte der Duffy Antigen / Rezeptor für Chemokine (DARC), dessen Beteiligung an der Lymphozytenrekrutierung während des EAE Krankheitsverlaufs daher nahe liegt. Dies wurde mit Hilfe DARC-defizienter Mäuse bewiesen, da deren Krankheitsausbruch verzögert, aber die klinischen Symptome während der EAE verstärkt waren. Dies kann durch eine doppelte Funktion von DARC während des EAE Krankheitsverlaufs erklärt werden. Entweder transportiert auf Endothelzellen exprimiertes DARC Chemokine auf die luminale Seite der Endothelzellen (,,Pendelverkehr-Funktion") oder auf Erythrozyten exprimiertes DARC entfernt die Chemokine (,,Abfluß-Funktion"). Somit ergeben sich entweder erhöhte oder gesenkte Chemokinkonzentrationen, die für enzephalitogene T-Lymphozyten zugänglich sind. Deren Enzephalitogenität wurde mit Hilfe von Oligonukleotid-Mikroarrays und subtraktiver-Unterdrückungshybridisierung durch Vergleich enzephalitogener und nicht-enzephalitogener T-Lymphoblasten untersucht, wodurch 79 unterschiedlich exprimierte Gene identifiziert wurden. Die in dieser Dissertation erhaltenen Ergebnisse legen nahe, daß die lymphoiden Chemokine CCL19 und CCL21 maßgeblich an der Lymphozytenrekrutierung durch die BHS während des EAE Krankheitsverlaufs beteiligt sind, während der Chemokinrezeptor DARC einen Transportmechanismus für inflammatorische Chemokine vom ZNS-Parenchym durch die endotheliale BHS auf die luminale Oberfläche der Endothelzellen während des EAE Krankheitsverlaufs darstellt. Weitere Gene und Proteine, die entweder in Endothelzellen oder T-Lymphoblasten unterschiedlich exprimiert wurden, weisen auf neue Mechanismen während der Leukozytenrekrutierung über die BHS hin.