Role of heat shock protein 70 and sulphatases 1 and 2 in apoptosis induced by cytotoxic cells of the immune system

Abstract

Intrazelluläres Hitzeschockprotein 70 (HSP70) gehört zum zellulären Stress-Antwort-System und kann Zellen vor unterschiedlichen apoptotischen Stimuli schützen. Extrazelluläres HSP70 hingegen kann Zellen des angeborenen und erworbenen Immunsystems aktivieren. Die akute Überexpression von intrazellulärem HSP70 kann sogar die Suszeptibilität von Melanomzellen gegenüber zytotoxischen T-Lymphozyten (CTLs), welche den zytotoxischen Granula-Exozytose-Weg benutzen, erhöhen (Dressel et al. 1999). Um die molekularen Mechanismen der erhöhten Suszeptibilität gegenüber CTLs zu entschlüsseln, wurde der Effekt der akuten Überexpression von HSP70 auf die Genexpression in Zellen, in denen Hsp70 unter der Kontrolle eines Tetracyclin-induzierbaren Promoters steht, analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass die akute Überexpression von HSP70 keinen wesentlichen Einfluss auf die Regulierung anderer Gene hat, so dass die Effekte von HSP70 auf CTL vermittelte Zytotoxizität sehr wahrscheinlich auf der Proteinebene reguliert sind.Um die Komplexität der CTL vermittelten Apoptose zu reduzieren, wurden weitere Experimente mit Granzym (Gr)B durchgeführt, eine der Komponenten der zytotoxischen Granula von CTL und natürlichen Killerzellen (NK), für die auch eine direkte Interaktion mit HSP70 gezeigt werden konnte. Die akute Überexpression von HSP70 erhöhte den Anteil von Melanomzellen mit fragmentierter DNA und mit reduziertem mitochondrialem Cytochrom-C-Gehalt nach GrB-induzierter Apoptose signifikant. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass HSP70 die GrB-induzierte Apoptose nicht inhibiert sondern stattdessen das Voranschreiten der Apoptose leicht beschleunigen kann. Im Gegensatz dazu stehen die Ergebnisse der Staurosporin-induzierten Apoptose, bei der die akute Überexpression von HSP70 dieselben Zellen vor früher Apoptose schützte.Heparansulphate (HS) sind in die Bindung von GrB an Zielzellen von CTLs involviert und Raja et al. (2005) konnten zeigen, dass eine Verminderung der Sulphatierung von HS auf der Zelloberfläche zu einer reduzierten Aufnahme von GrB und zu verminderter GrB- und CTL-vermittelter Apoptose führt. Die Defizienz der Sulf1- und Sulf2-Gene, die für die Sulphatasen 1 und 2 kodieren, welche das Sulphatierungsmuster von Zellen modifizieren, könnte einen Effekt auf die Effizienz der CTL-vermittelten Apoptose haben, weil Sulf-defiziente Zellen ein erhöhtes Sulphatierungsmuster von Proteoglykanen (PG) aufweisen.Embryonale Fibroblasten von Sulf1- und Sulf2-doppeltdefizienten Mäusen wurden als Zielzellen für CTLs benutzt. Ihre Suszeptibilität gegenüber Granula-Exozytose abhängiger Lyse war leicht aber signifikant erhöht. Die leichte Veränderung konnte der Defizienz des Sulf1-Gens zugeschrieben werden. Die GrB-induzierte Apoptose war nicht signifikant verändert, was darauf schließen lässt, dass die Sulf1- und Sulf2-Gene nicht wesentlich zur Kontrolle der Suszeptibilität von Zielzellen gegenüber GrB-und CTL-induzierter Apoptose beitragen.Allerdings zeigte sich während dieser Experimente, dass die Defizienz von Sulf1 und Sulf2 oder beiden Genen die Infektion dieser Zellen mit Adenovirus (AdV) Typ 5, der benutzt wurde, um GrB in die Zellen zu bringen, drastisch erhöhte. Die Zielzellinfektion wurde mittels des grün-fluoreszierenden Proteins (GFP) ermittelt, da der AdV ein GFP-Expressionskonstrukt enthielt. Diese Erhöhung konnte nicht durch die unterschiedliche Expression von Rezeptoren, welche als Rezeptoren des AdV bekannt sind (Coxsackie und Adenovirus Rezeptor (CAR) und Integrin αv) auf Sulf-defizienten MEFs erklärt werden. Ein Verdau von HSPGs durch die Heparinasen II und III erhöhte die Effizienz der Infektion weiter. Gleichermaßen führte auch ein genetischer Defekt von HSPGs in CHO-Zellen zu einer erhöhten Infektionsrate.Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass HSPGs eher als Decoy -Rezeptoren fungieren könnten, um AdV in nichtinfektiöse Wege zu schleusen, statt als Ko-Rezeptoren für eine Infektion.