Atopische Erkrankungen wie Asthma, atopische Dermatitis und allergische Rhinitis sind komplexe, multifaktorielle Erkrankungen. Diese Arbeit untersuchte Gen-Gen- und Gen-Umweltinteraktionen von insgesamt acht Polymorphismen in fünf Kandidatengenen. In einer großen deutschen Geburtskohorte (Multizentrische Allergie Studie, MAS 90) mit longitudinalen klinischen und serologischen Daten wurde der Effekt von Polymorphismen in Genen, die für Interleukin-13 (IL-13), Interleukin-4 (IL-4) und dessen gemeinsamer Rezeptoruntereinheit IL4R-a kodieren, auf Atopie-assoziierte Merkmale untersucht. Zwei Polymorphismen im IL13-Gen (Arg130Gln, C-1055T) zeigten über den gesamten Beobachtungszeitraum von sieben Jahren eine signifikante Assoziation mit erhöhten Gesamt-IgE-Werten. Weiterhin konnte diese Untersuchung zeigen, dass mütterliches Rauchen diesen Effekt auf die IgE-Werte noch verstärkt. Ein Polymorphismus des Komplementfaktor-C5-Rezeptors, der im Mausmodell als Suszeptibilitätslokus für Asthma identifiziert wurde, wurde in der MAS-Kohorte wie auch in einer afro-karibischen Population auf Assoziation mit Atopie-relevanten Merkmalen untersucht. Eine Assoziation konnte zwar nicht gefunden werden, jedoch waren hochsignifikante Unterschiede in der Allelfrequenz in den zwei ethnischen Gruppen auffällig; ein Phänomen, welches auch bei anderen genetischen Varianten in proinflammatorischen Genen beobachtet wurde. Ein funktioneller Polymorphismus des histaminabbauenden Enzyms Histamin-N-Methyl-Transferase wurde auf eine Assoziation mit bronchialer Hyperreagibilität und Asthma in der MAS-Kohorte sowie in einer weiteren kaukasischen Population von asthmatischen Kindern überprüft. Weder eine Assoziation mit Asthma noch eine modulierende Wirkung auf den Schweregrad der bronchialen Hyperreagibilität konnte in den Studienpopulationen gefunden werden. Im Gegensatz zu Untersuchungen bei erwachsenen Asthmatikern scheint diese Variante bei kindlichem Asthma keine entscheidende Rolle zu spielen. / Atopic diseases like asthma, atopic dermatitis and allergic rhinitis are complex traits of multifactorial origin. This study aimed to reveal gene-gene- and gene-environmental interactions of eight polymorphisms in five candidate genes. We examined whether 6 genetic variants of the genes coding for Interleukin-4 (IL-4), Interleukin-13 (IL-13) and their common receptor unit IL4R-alpha had genotypic effects on atopy-related traits such as total serum IgE levels in a large German birth cohort study (Multicenter Atopy Study, MAS 90) with longitudinally well defined phenotypes. Two single nucelotide polymorphisms (SNP) in the IL-13 gene (Arg130Gln, C-1055T) showed a significant association with increased serum IgE levels over the whole period of seven years. In addition, exposure to maternal smoking appears to modify the above effects on total serum IgE levels. We tested the association of atopy-related traits and a SNP of the complement factor 5 receptor (-245T) in the MAS cohort and in an afro-caribbean population. Although we could not observe any association, there was a highly significant difference in the frequency of the -245T allele between the two ethnic populations, a phenomenon previously described for other genetic variants. Histamine N-Methyltransferase (HNMT) catalyses the major pathway of histamine metabolism in the human lung. We tested the functional polymorphism C314T of HNMT for association with asthma and bronchial hyperresponsiveness in two German pediatric populations (MAS, Astmatic children from Freiburg). No association of the T314 Allele with asthma, BHR and other asthma related phenotypes could be observed. We concluded that this SNP might not play a major role in the pathogenesis of asthma or BHR in German children.

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Peptiderge Mediatoren sind neben ihrer Funktion bei der Aufrechterhaltung der körpereigenen Homöostase unter physiologischen Bedingungen auch bei der Regulation pathopysiologischer und pathobiochemischer Prozesse chronisch-entzündlicher Erkrankungen maßgeblich beteiligt. In der vorliegenden Arbeit wurde diese Rolle durch Untersuchung des Expressionsprofils peptiderger Mediatoren und ihrer Rezeptoren unter normalen Bedingungen charakterisiert und auf dieser Grundlage Veränderungen des Mediatorstoffwechsels bei entzündlichen Erkrankungen erfasst. Aufgrund der geringen Kenntnisse bezüglich der Rolle anti-inflammatorischer Mediatoren wurde dabei insbesondere die Expression und Genregulation des Mediators VIP und seiner Rezeptoren untersucht. Dabei wurden molekularbiologische Methoden verwandt, um definierte Rezeptoren für VIP und verwandte Mediatoren in den Atemwegen und der Haut zu identifizieren. Im Anschluss daran wurde anhand verschiedener entzündlicher Erkrankungen der oberen Atemwege nachgewiesen, dass sich das peptiderge Mediatorprofil krankheitsspezifisch ändert und diese Subgruppen-spezifischen Änderungen nicht als ein universelles Epiphänomen der Entzündungsreaktion zu sehen sind. Ebenso konnte die Veränderung der Genexpression von Rezeptoren für peptiderge Mediatoren untersucht werden, wobei am Beispiel der Hypoxie die Induktion eines in den Atemwegen exprimierten Rezeptors nachgewiesen wurde. Am Beispiel der atopischen Dermatitis konnte darüber hinaus bewiesen werden, dass die Expression von VIP-Rezeptoren im Rahmen einer allergischen Erkrankung vermindert sein kann. Letztlich wurden ebenfalls mit VIP interferierende Transduktionsmechanismen untersucht, wobei die genauen Interaktionen peptiderger Mediatoren mit diesen intrazellulären Molekülen im Rahmen entzündlicher Erkrankungen noch aufzuschlüsseln sind. Die Ergebnisse der vorliegenden kumulativen Arbeit weisen in ihrer Gesamtheit auf eine wesentliche Bedeutung neurogener Mediatoren für pathophysiologische Mechanismen allergisch-entzündlicher Erkrankungen der Atemwege und Haut hin und lassen zukünftige therapeutische Ansätze auf Basis neuro-immunmodulierender Mechanismen sinnvoll erscheinen. / Peptidergic mediators participate next to their physiological role for numerous aspects of systemic and local homeostasis also in the regulation of pathophysiological and pathobiochemical processes in chronic inflammatory diseases. In the present study this role was investigated by assessing the expression profiles of peptidergic mediators and their receptors under physiological conditions. Basing on these findings differences of the mediator expression in inflammatory diseases were examined. Due to the relatively little knowledge on the role of potentially anti-inflammatory mediators the expression and gene regulation of the mediator VIP und its receptors were analysed. In this respect molecular techniques were used to assess distinct receptors for VIP and related mediators in the airways and skin. IN a next Step inflammatory diseases of the upper respiratory tract were examined and it was shown that the peptidergic mediators profile changes in relation to the disease entity and that this disease subtype-specific change is not a universal epiphenomenon of the ongoing inflammation. Also, alterations in the gene expression of peptidergic mediator receptors were analysed. Using hypoxia as an example the gene induction of airway-expressed receptors was demonstrated in relation to this stimulus. In further studies involving atopic dermatitis tissues a down-regulation of VIP receptor expression was demonstrated for allergic inflammatory conditions. In a last step VIP interfering signal transduction mechanisms were examined and future studies need to be carried out to fully assess the regulation of these interactions in relation to chronic inflammatory processes. The present results demonstrate an important role of neurogenic mediators in the pathophysiology of allergic inflammatory diseases of the airways and the skin and point to a potential use of neuro-immunomodulation in the future therapy of these diseases.

Durch Immunregulation und -modulation sorgt das Immunsystem dafür, daß von außen in den Organismus gelangende Agentien nicht zu dauerhaften Schäden führen. Wesentliche Funktionen des Immunsystems stützen sich dabei auf die zelluläre Immunität. Gerät dieses komplizierte Regelwerk aus dem Gleichgewicht, können schwere Erkrankungen autoimmuner oder atopischer Genese resultieren. Der erste Teil der Arbeit befaßt sich mit zwei Aspekten der zellulären Immunantwort. Allergische Immunantworten sind durch die Typ 2 T Zellantwort charakterisiert. Für die Induktion einer Typ 2 Antwort wird Interleukin-4 benötigt, dessen Herkunft nicht geklärt ist. NK1.1 positive T Zellen als Quelle des initialen IL-4 konnten durch in vivo und in vitro Messung von allergie-spezifischen Parametern ausgeschlossen werden. Der MHC-Komplex präsentiert T Zellen Antigene in Form von Peptiden. Pathologische T Zellantworten können durch fortwährende Antigenpräsentation unterhalten werden. Durch Untersuchungen zur molekularen Charakteristik der MHC - Peptid Interaktion ließen sich Bindungsmotive so verfeinern, daß Peptide mit sehr starker Bindung an den MHC ohne gleichzeitige Erkennungssequenz für den T Zellrezeptor entwickelt werden konnten. Peptide dieser Art könnten zur Blockierung einer pathologischen T Zellantwort genutzt werden. Für viele immunologische Erkrankungen ist die Beteiligung genetischer Faktoren beschrieben worden. Der zweite Teil der Arbeit befaßt sich mit der Bedeutung genetischer Disposition bei Allergien im Mausmodell. Homozygote Inzuchtstämme konnten als High- und Low-Responder für den Phänotyp "allergische Soforttypreaktion der Haut" gegenüber Birkenpollenextrakt definiert werden. Die Phänotypisierung der F1 Generation wies auf dominante Vererbung hin, die informative Rückkreuzung auf die Beteiligung von mindestens zwei Genen für die Ausprägung des Merkmals. Wie die Analyse MHC congener Mäuse zeigte, entspricht einer dieser Loci dem MHC Komplex. Durch eine genomweite Kartierung mit Mikrosatelliten wurde als weiterer Kandidat der IL-5 Rezeptor identifiziert. Die detaillierte Analyse des Gens in High-und Low-Respondern weist auf eine Anzahl funktionell bedeutsamer Polymorphismen hin. Dabei imponiert das Low-Responder Allel als Suszeptibilitätsallel. Die Unterschiede haben Auswirkung auf Transkription/Translation und Spleißvorgänge, die zu quantitativer Differenz der Genprodukte führt. Die Daten weisen damit auf einen regulatorischen Mechanismus hin, da die Proteinstruktur des Rezeptors bei High- und Low-Respondern identisch ist. / Immune deviations can lead to serious autoimmune or atopic disorders. Two possible candidates for such pathological immune responses have been investigated: (i) the MHC class I allele HLA-B27, which is strongly linked to ankylosing spondylitis and reactive arthritis. Its presentation of potentially pathogenic peptides and therapeutical modifications of peptidic ligands have been studied. (ii) Interleukin-4 (IL-4), which is the key player in the induction and maintenance of allergic immune responses. A subpopulation of natural killer (NK1.1) cells have been discussed as a source of initial IL-4. Through experiments with NK1.1 deficient mice we could demonstrate, that such immune resonses are not dependent on the presence of NK1.1 cells. Both, autoimmunity and atopy belong to the large group of multifactorial diseases, i. e. genetic and environmental factors influence the expression of the various phenotypes. To dissect the genetics of allergic diseases systematically, a mouse model of immmediate cutaneous hypersensitivity (ICHS) upon birch pollen sensitization has been etablished. Phenotyping of the F1 progeny of high- and low-responder mice revealed ICHS as a dominant trait with incomplete penetrance. Mice from a backcross to the low-responder strain did split into the three classes of high-, intermediate and low-response. Genotyping of these mice revealed a strong candidate gene on chromosome 6: the interleukin-5 receptor (IL-5R). Analysis of the IL-5R gene resulted in the detection of genetic variance of the high- and low-responder allele in non-coding regions with functional relevance. Additional regulatory variance is implicated through differential alternative splicing of the three receptor isoforms. A second gene cluster contributes to the expression of the allergic phenotype: MHC class II alleles, as has been demonstrated for other immunologic disorders in mice and humans.