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Die Stabiltät und Integrität der Epidermis beruht zu einem großen Teil auf der intakten Funktion der Desmosomen. Diese fleckförmigen Zellkontakte vermitteln extrazellulär die Haftung zwischen den Keratinozyten durch Desmocadherine und sind intrazellulär über Adaptorproteine im Intermediärfilamentsystem des Zellskeletts verankert. Diese Funktion ist bei der Autoimmunerkrankung Pemphigus gestört, die zu intraepidermaler Blasenbildung durch Akantholyse der Keratinozyten führt. Pemphigus vulgaris (PV) und Pemphigus foliaceus (PF) stellen die beiden Hauptvarianten dar, wobei PV durch Autoantikörper gegen die Desmocadherine Desmoglein (Dsg) 3 und oftmals zusätzlich gegen Dsg 1, PF durch Autoantikörper nur gegen Dsg 1 gekennzeichnet ist. Rho-GTPasen sind zelluläre Regulatorproteine, die das Aktinzytoskelett und verschiedene Zellkontakte beeinflussen. Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit dem Einfluss von Rho-GTPasen bei der Regulation von desmosomal vermittelter Adhäsion. In einem zweiten Teil wurde die Beteiligung von Rho-GTPasen bei den Pemphigusvarianten PV und PF näher charakterisiert. Für den ersten Abschnitt wurden bakterielle Toxine verwendet, die spezifisch Rho GTPasen aktivieren bzw. inhibieren, während für den zweiten Teil IgG-Fraktionen von PV- und PF-Patienten in Kombination mit aktivierenden Toxinen zur Anwendung kamen. Eine Inhibition der drei Hauptvertreter der Rho-GTPasen in kultivierten Keratinozyten und humaner Epidermis führte zu einer Rarefizierung des Aktinfilamentsystems, zu Verlust von membranständig lokalisiertem Dsg 1 und 3 und zu Zelldissoziation sowie zu verminderter Dsg 1 und 3-vermittelter Haftung von Mikroperlen auf der Oberfläche von Keratinozyten. Die Aktivierung der GTPasen resultierte in vermehrter linearisierter Darstellbarkeit von Aktin und Dsg 3 an den Zellgrenzen und einer verstärkten Dsg-vermittelten Haftung. Pemphigus-IgG führten ebenfalls zu Zelldissoziation und Verlust von Dsg-Immunreaktivität in Keratinozytenkulturen, zu Spaltbildung in humaner Epidermis und zum Verlust der durch Dsg 1 und Dsg 3 vermittelten Adhäsion. Dies ging einher mit einer vermehrten Menge an nicht am Zytoskelett verankerten Dsg 3 und wurde durch eine p38MAPK-abhängige Verminderung der Aktivität von Rho A moduliert. Die Aktivierung von Rho A verhinderte die Ausbildung der Pemphigus-induzierten Effekte nahezu vollständig. Zusammenfassend regulieren Rho-GTPasen die desmosomale Haftung in Keratinozyten. Die Daten zeigen weiterhin, dass Pemphigus-IgG durch eine Inhibition von Rho A diese Regulation beeinträchtigt, was zu Schwächung der Zytoskelettverankerung von Desmogleinen und zu Haftungsverlust und Spaltbildung führt. Somit ist Rho A ein wichtiger Faktor der Pemphigus-Pathogenese und stellt einen Erfolg versprechenden Ansatzpunkt zur Entwicklung neuer Therapieoptionen dar.
ST18 Enhances PV-IgG-Induced Loss of Keratinocyte Cohesion in Parallel to Increased ERK Activation
(2019)
Pemphigus is an autoimmune blistering disease targeting the desmosomal proteins desmoglein (Dsg) 1 and Dsg3. Recently, a genetic variant of the Suppression of tumorigenicity 18 (ST18) promoter was reported to cause ST18 up-regulation, associated with pemphigus vulgaris (PV)-IgG-mediated increase in cytokine secretion and more prominent loss of keratinocyte cohesion. Here we tested the effects of PV-IgG and the pathogenic pemphigus mouse anti-Dsg3 antibody AK23 on cytokine secretion and ERK activity in human keratinocytes dependent on ST18 expression. Without ST18 overexpression, both PV-IgG and AK23 induced loss of keratinocyte cohesion which was accompanied by prominent fragmentation of Dsg3 immunostaining along cell borders. In contrast, release of pro-inflammatory cytokines such as IL-1 alpha, IL-6, TNF alpha, and IFN-gamma was not altered significantly in both HaCaT and primary NHEK cells. These experiments indicate that cytokine expression is not strictly required for loss of keratinocyte cohesion. Upon ST18 overexpression, fragmentation of cell monolayers increased significantly in response to autoantibody incubation. Furthermore, production of IL-1 alpha and IL-6 was enhanced in some experiments but not in others whereas release of TNF-alpha dropped significantly upon PV-IgG application in both EV- and ST18-transfected HaCaT cells. Additionally, in NHEK, application of PV-IgG but not of AK23 significantly increased ERK activity. In contrast, ST18 overexpression in HaCaT cells augmented ERK activation in response to both c-IgG and AK23 but not PV-IgG. Because inhibition of ERK by U0126 abolished PV-IgG- and AK23-induced loss of cell cohesion in ST18-expressing cells, we conclude that autoantibody-induced ERK activation was relevant in this scenario. In summary, similar to the situation in PV patients carrying ST18 polymorphism, overexpression of ST18 enhanced keratinocyte susceptibility to autoantibody-induced loss of cell adhesion, which may be caused in part by enhanced ERK signaling.
Pemphigus vulgaris (PV) ist eine blasenbildende Autoimmunerkrankung, die durch Autoantikörper gegen Dsg1 und Dsg3 gekennzeichnet ist. Der genaue Pathomechanismus, der zu einem PV-IgG vermittelten Verlust der interzellulären Adhäsion führt, ist noch unklar. Die Dsg3-Depletion und die Modulation von Signalkaskaden stellen hierbei kennzeichnende Merkmale der Erkrankung dar. Mit den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit ist eine bessere Einordnung der Dsg3-Depletion in den pathogenetischen Kontext von Pemphigus vulgaris möglich. Die Experimente zeigen, dass die Dsg3-Depletion von Differenzierungsprozessen abhängig ist und mit einem Adhäsionsverlust einhergehen kann. Die Hemmung der PKC verhindert hierbei sowohl die PV-IgG vermittelten Effekte in der Zellkultur als auch die Blasenbildung im Mausmodell in vivo und in humaner Haut ex vivo. Des Weiteren liefert die Arbeit neue Erkenntnisse, welche für die suprabasale Lokalisation der Blasenbildung bedeutsam sein könnten.
Desmoglein2 Regulates Claudin2 Expression by Sequestering PI-3-Kinase in Intestinal Epithelial Cells
(2021)
Inflammation-induced reduction of intestinal desmosomal cadherin Desmoglein 2 (Dsg2) is linked to changes of tight junctions (TJ) leading to impaired intestinal epithelial barrier (IEB) function by undefined mechanisms. We characterized the interplay between loss of Dsg2 and upregulation of pore-forming TJ protein Claudin2. Intraperitoneal application of Dsg2-stablising Tandem peptide (TP) attenuated impaired IEB function, reduction of Dsg2 and increased Claudin2 in DSS-induced colitis in C57Bl/6 mice. TP blocked loss of Dsg2-mediated adhesion and upregulation of Claudin2 in Caco2 cells challenged with TNFα. In Dsg2-deficient Caco2 cells basal expression of Claudin2 was increased which was paralleled by reduced transepithelial electrical resistance and by augmented phosphorylation of AKT\(^{Ser473}\) under basal conditions. Inhibition of phosphoinositid-3-kinase proved that PI-3-kinase/AKT-signaling is critical to upregulate Claudin2. In immunostaining PI-3-kinase dissociated from Dsg2 under inflammatory conditions. Immunoprecipitations and proximity ligation assays confirmed a direct interaction of Dsg2 and PI-3-kinase which was abrogated following TNFα application. In summary, Dsg2 regulates Claudin2 expression by sequestering PI-3-kinase to the cell borders in intestinal epithelium.