Mastzellen (MZ) reifen zu terminal differenzierten Zellen erst in peripheren Geweben. ATRA ist ein wesentlicher Regulator der Hämatopoese und kann auf positive wie auf negative Weise deren Differenzierung beeinflussen – die Qualität ist dabei häufig abhängig vom Reifegrad. Die Arbeit beschäftigte sich daher mit der Frage, ob die Effekte von ATRA auf MZ ebenfalls abhängig von deren Reifegrad sind. Unreife HMC-1 5C6 Zellen, differenziertere LAD 2 Zellen und reife kutane MZ (KMZ) wurden mit ATRA behandelt und die Effekte auf spezifische Mastzellmarker auf Protein- und mRNA-Ebene untersucht. Die Proteinexpression von c-kit, FceRI, Tryptase und Chymase wurde bei allen drei Zellsystemen herunterreguliert. Änderungen der Proteinexpression wurden qualitativ, wenngleich nicht immer quantitativ auf mRNA-Ebene reflektiert, d.h. es gab Marker, bei denen die Herunterregulation auf der einen oder anderen Ebene überwog. Eine genaue Quantifizierung der ATRA-Effekte auf die Tryptase und Chymase zeigte eine prozentual erheblich stärkere Herunterregulation der mRNA als des Proteins. Invers dazu war der Effekt bei c-kit, ein Effekt, der besonders deutlich bei HMC-1 5C6 auszumachen war. Zur Klärung, welcher Mechanismus der von der mRNA-Ebene unabhängigen Herunterregulation des c-kit-Proteins zugrunde liegt, wurden HMC-1 5C6 zusätzlich zu ATRA mit Inhibitoren fundamentaler Zellfunktionen inkubiert. Cycloheximid allein war dabei in der Lage, die Wirkung von ATRA zu imitieren. Es kann also vermutet werden, dass die starke Herunterregulation des Proteins im Vergleich zur mRNA einem translationellen Mechanismus folgt. Betrachtet man alle Effekte gemeinsam, so zeigte ATRA den stärksten Einfluss auf das am weitesten differenzierte Mastzellsystem, nämlich KMZ. Geringer waren die Effekte bei LAD 2, wohingegen bei HMC-1 5C6 das schwächste Ansprechpotential gegenüber ATRA gefunden wurde. Dies ist von besonderem Interesse, weil ATRA normalerweise wesentlich potenter auf unreif-proliferierende Systeme wirkt. ATRA hat auf humane MZ einen deutlich dedifferenzierenden Effekt, der weitgehend unabhängig vom Reifegrad der Zellen operiert. Die Effekte scheinen dabei in Abhängigkeit vom betrachteten Marker nicht auf die transkriptionelle Ebene beschränkt zu sein, sondern könnten auch einem translationellen Mechanismus unterliegen. / Mast cells (MC) are of hematopoietic origin but complete their differentiation exclusively within tissues. A large number of mediators positively or negatively affect the maturation process of MC. ATRA is a potential master regulator of haematopoiesis, where it primarily affects immature and proliferative leukocytes. Here, the effects of ATRA (3-7d) on MC that span different stages of maturation, i. e. immature-leukemic HMC-1 5C6 cells, intermediately matured LAD 2 cells, and terminally differentiated skin MC were analyzed. The expression of the lineage markers c-kit, FceRI, tryptase, chymase und histidindecarboxylase (HDC) was studied in parallel at protein level by flow-cytometric analysis and at mRNA level by RT-PCR. ATRA exposure led to a down-regulation at protein and at mRNA level of c-kit, FceRI, tryptase and chymase by all MC subtypes. Comparing protein and transcript levels, however, substantial differences between c-kit and the proteases were noted. c-kit down-regulation was more pronounced at protein level, whereas the opposite was found with proteases. Further analysis revealed the existence of a second mechanism of c-kit down modulation that proceeded rapidly and independently of mRNA changes. This pathway was restricted to immature MC and could be mimicked by cycloheximide, suggesting that altered translation may account for the phenomenon. Taken together, the study indicates that MC are significant target cells of ATRA throughout their lifespan, but that the molecular events underlying down-regulation of lineage markers may be shifted in the course of MC differentiation. The strongest effects of ATRA were observed in mature MC, while this accounts to a lesser degree for LAD 2 cells. In contrast, the immature and highly proliferating HMC-1 5C6 cells presented even less sensitive to ATRA. Therefore, ATRA has dedifferentiating potential towards human MC that is most pronounced in mature MC. Depending on the specific marker, protein down regulation can underlie various mechanisms. In this regard, c-kit seems to follow a translational rather than transcriptional inhibitory process.

Die Haut ist das größte Organ des Menschen und stellt die primäre Barriere gegen Umwelteinflüsse und Pathogene dar. Eine Dysbalance der Hautbarriere birgt die Gefahr einer nachfolgenden Entzündungsreaktion. Bleibt diese bestehen, können sich Hautkrankheiten wie zum Beispiel die atopische Dermatitis (AD) entwickeln. Verschiedene Zytokine wie Thymic Stromal Lymphopoietin (TSLP) werden bei entzündlichen Hauterkrankungen eine bedeutende Rolle zugeschrieben. Die Bedeutung von TSLP wurde zunächst anhand mehrerer Knockout-Mausstämme untersucht. Hier zeigte sich, dass TSLPR-KO und TNF-TSLPR-DKO Mäuse im Gegensatz zu TNF-KO Mäusen keine bzw. weniger Zeichen einer Entzündungsreaktion in der Haut entwickeln. Die Rolle äußerer Einflüsse auf die TSLP-Produktion wurde anhand eines Irritationsmodells ebenfalls in Mäusen untersucht. Dabei führte die Hautirritation, ausgelöst durch Abtragen der oberen Hautschichten mittels eines Tesa-Abriss, zu einem signifikanten Anstieg von TSLP in der Haut?. Mit Hilfe von Agonisten und Inhibitoren konnte gezeigt werden, dass dieser Irritations-vermittelte TSLP-Anstieg über Interleukin-1 (IL-1) und Protease Activated Receptor 2 (PAR-2) vermittelt wird. In diesem Zusammenhang wurde auch gezeigt, dass die Aktivierung von IL-1- sowie PAR-2-abhängigen Signalwegen zu einer gesteigerten Aktivität des TSLP-Promotors führte. Die Untersuchung der Wirkung verschiedener Mastzellmediatoren auf die TSLP-Expression ergab, dass Tryptase, über die Aktivierung von PAR-2, der wichtigste Mediator für den Anstieg von TSLP nach der Degranulation von Mastzellen ist. Dieses Ergebnis wurde mittels verschiedener in vitro, in vivo und ex vivo Experimentalansätze belegt. So konnte in einem c48/80-abhängigen Degranulationsmodell in Mäusen gezeigt werden, dss PAR-2- sowie Mastzell-KO Mäuse im Vergleich zu Wildtypen nach Injektion von c48/80 signifikant weniger TSLP exprimierten. / The skin is the first line of defense against environmental or microbial pathogens. A deviation of the skin barrier homeostasis by any kind of insult can result in an inflammatory response. The inflammatory response in turn can promote the development of an eczemaincluding atopic eczema. Thymic stromal lymphopoietin (TSLP) due to its pleiotropic nature play an important role in inflammatory disorders. The major aim of this thesis was to better understand the underlying mechanisms of TSLP production in the context of skin irritation and mast cell (MC) mediators and their contribution in the development of atopic dermatitis (AD). The role of TSLP was studied using TSLPR-/- mice. The data show that TSLPR-/- and TNF-/-/TSLPR-/- mice were protected from AD development, by contrast TNF-/- mice exhibited severe AD. The role of exogenous triggers was studied using tape stripping mediated skin irritation mouse models. Skin irritation resulted in significant enhanced TSLP production. TSLP induction was identified to depend on interleukin (IL)-1 and protease activated receptor (PAR)-2 pathways proven by using exogenous activators or inhibitors of these pathways. Moreover, PAR-2 and IL-1 concomitantly promoted NF-κB binding to the human TSLP promoter which in turn resulted in an increased TSLP promoter activity. Additionally, the role of mast cell mediators in the context of TSLP induction was investigated. Tryptase turned out to be the trigger responsible for the enhanced TSLP response by activating the PAR-2 pathway. This finding was proven by employing in vitro, ex vivo and in vivo approaches. In detail PAR-2-/- and MC-/- mice were used in a compound 48/80 (C48/80) dependent MCs degranulation model. PAR-2-/- and MC-/- mice produced significantly less TSLP in comparison to control mice.

Der systemische Lupus erythematodes (SLE) ist eine Autoimmunerkrankung, bei der eine Vielzahl an Organen betroffen sein kann. Hierbei spielen T-Zellen mit gestörter Zytokinproduktion, insbesondere von IL-2 und IFN-γ, eine besondere Rolle. Mit Fortschreiten der Krankheit sinkt die Anzahl an IL-2-Produzenten und gleichzeitig steigt die Anzahl an IFN-γ-Produzenten. Während die Rolle von IFN-γ in SLE bisher kontrovers diskutiert wird, wirkt sich die verringerte Produktion von IL-2 beispielsweise negativ auf regulatorische T-Zellen aus, was zur Pathogenese der Krankheit beiträgt. In dieser Arbeit erfolgte eine Charakterisierung der Zytokinproduzierenden CD4+ Gedächtnis-T-Zellen in erkrankten NZBxW Mäusen, einem Modell für SLE. Anhand der Produktion von IL-2 und/oder IFN-γ wurde dabei in DN (IFN-γ—IL-2— doppelt negative), IL-2 SP (IFN-γ—IL-2+ einzelpositive), DP (IFN-γ+IL-2+ doppelt positive) und IFN-γ SP (IFN-γ+IL-2— einzelpositive) Zellen unterschieden. Ein mehrstufiges Verfahren der Zellsortierung ermöglichte die Isolierung der vier Zellpopulationen. Genexpressionsanalysen legten offen, dass die während der Krankheit vermehrt vorkommende Population der IFN-γ SP Zellen im Vergleich zu DP Zellen deutliche Unterschiede in ihrem Genexpressionsmuster aufweist. IFN-γ SP Zellen exprimieren u.a. verstärkt Chemokinrezeptoren, co-stimulatorische und co-inhibitorische Moleküle, sowie Apoptose-Marker und zeigen eine verminderte Produktion von Effektorzytokinen. Weiterführende funktionelle Analysen untermauerten die Expressionsdaten und zeigten eine verminderte Proliferationsfähigkeit und verstärkte Apoptose der IFN-γ SP Zellen. Die Daten zeigen, dass der Phänotyp der IFN-γ SP Zellen in erkrankten NZBxW Lupus-Mäusen gestört ist, wodurch die IFN-γ SP Zellen zur Erkrankung beitragen könnten. / Systemic lupus erythematosus (SLE) is an autoimmune disease, which can affect almost every organ system of the body. Thereby altered cytokine production by T cells plays an important role in the pathogenesis of the disease. With disease progression, production of IL-2 decreases and production of IFN-γ increases. It has been shown that IL-2 deficiency affects Treg homeostasis in SLE and thus contributes to its pathogenesis. The role of IFN-γ in SLE is, however, controversial. In this work, a comprehensive characterization of four subpopulations of memory CD4 T cells of diseased NZBxW lupus-prone mice was performed. These cell subsets are DN (IFN-γ—IL-2— double negative), IL-2 SP (IFN-γ—IL-2+ single positive), DP (IFN-γ+IL-2+ double positive) and IFN-γ SP (IFN-γ+IL-2—single positive) cells. A multi-step cell sorting procedure was used to isolate these cell subsets. The data showed that IFN-γ SP cells were characterized by a different gene expression profile than DP cells. In detail, IFN-γ SP cells revealed an enhanced expression of chemokine receptors, co-stimulatory and co-inhibitory molecules as well as apoptosis markers and decreased production of effector cytokines. In addition, functional analyses showed that IFN-γ SP cells were tended to increased apoptosis and decreased proliferation. These data show an altered phenotype of IFN-γ SP cells of diseased NZBxW lupus-prone mice, which might be important for the disease pathogenesis at least in this animal model of SLE.