Projektbeschreibung

In der Vergangenheit konnten wir verschiedene immunologische Mechanismen identifizieren, die für die Entstehung und Heilung des durch den Parasiten Entamoeba (E.) histolytica induzierte Leberschädigungen verantwortlich sind. Beteiligt ist unter anderem die Aktivierung der IL-23/Th17 Immunachse, die letztendlich zu einer verstärkten Rekrutierung pro-inflammatorischer Monozyten führt, die den Leberschaden im Sinne einer Immunpathologie verantworten.

Dieselbe Monozytenpopulation wirkt jedoch im Modell für einen Listerien-bedingten Leberschaden (Projekt A3) protektiv. Wir wollen nun der Frage nachgehen, inwieweit sich diese Monozyten im Detail unterscheiden und ob es doch mehr als eine Population dieser Zellen gibt. Ein interessanter Befund aus dem Projekt A3, welcher sich mit der durch das Bakterium Listeria monozytogenes verursachte Leberschädigung beschäftigt, zeigt, dass hier inflammatorische Monozyten für die Kontrolle essentiell sind – jedoch offen bleibt, ob es sich tatsächlich nur um zwei unterschiedliche Zellpopulationen handelt.

Zusätzlich fanden wir, dass bestimmte Gene in der Leber während des durch E. histolytica induzierten Regenerationsprozesses hochreguliert wurden, was auf neue Mechanismen hinweisen könnte, die bei der Leberregeneration im Allgemeinen eine Rolle spielen. Nun wollen wir diese Mechanismen in anderen Modellen für Leberschädigungen untersuchen, die in diesem SFB841 untersucht werden.

In der 1. Förderperiode konnten wir zeigen, dass die Schädigung der Leber durch TNFα-sezernierende, inflammatorische Monozyten und eine übermäßige Aktivierung von leberresidenten Kupffer Zellen hervorgerufen wird. Diese Vorgänge werden durch Hormone zusätzlich beeinflusst.

Wir wollen in Zukunft untersuchen, wie Apolipoproteine – als Faktoren, die in den Lipidmetabolismus maßgeblich involviert sind – die übermäßige Aktivierung des Immunsystems geschlechtsabhängig beeinflussen. Darüberhinaus wollen wir wissen, ob dabei durch ein Ungleichgewicht zwischen Immunsuppression und Immunaktivierung die Immunpathologie während der Entstehung des Amöbenleberabszesses noch weiter verstärkt wird.

Projektleitung:

Prof. Dr. med. vet. Hanna Lotter

Abteilung für Molekulare Parasitologie
Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin
Bernhard-Nocht-Str. 74
20359 Hamburg
Tel.: +49-40-42818-475
Fax: +49-40-42818-512
E-Mail: lotter@bni-hamburg.de

Projektbeschreibung

Die Leber ist ein Zielorgan für verschiedene Pathogene. Eine bakterielle Infektion führt zur Rekrutierung von neutrophilen Granulozyten und Monozyten in die Leber. Für die Kontrolle intrazellulärer Bakterien sind insbesondere inflammatorische Monozyten wichtig. Diese reifen zu Makrophagen, welche die Vermehrung der Bakterien begrenzen. Neben Makrophagen mit einer anti-bakteriellen Funktion gibt es aber auch Makrophagen, die die Regeneration des Gewebes unterstützen und die als alternativ aktivierte Makrophagen bezeichnet werden. Die Mechanismen der Differenzierungen von Monozyten zu den verschiedenen Makrophagen-Populationen sind nur unzureichend bekannt.
Das Zytokin Interleukin-6 (IL-6) unterstützt die Bekämpfung von Pathogenen und reguliert die Entstehung von adaptiven Immunantworten. Aus der vorangegangenen Förderperiode gibt es Hinweise, dass das Zytokin IL-6 auch an der Reifung von Monozyten zu alternativ aktivierten Makrophagen beteiligt ist. In der aktuellen Förderperiode soll daher untersucht werden wie IL-6 diese Reifung von alternativ aktivierten Makrophagen reguliert und wie dieser Prozess zur Regeneration der Leber nach einer Infektion beiträgt. Durch die Abspaltung von Oberflächenproteinen sind Proteasen in der Lage die Interaktion von Zellen mit Zytokinen und mit anderen Zellen zu regulieren. T-Lymphozyten exprimieren die Proteasen ADAM10 und ADAM17 und für verschiedene Substrate dieser Proteasen, u.a. die Rezeptoren von IL-6 und TNF-α, wurde eine Funktion für T-Lymphozyten beschrieben. In der aktuellen Förderperiode soll deshalb die Rolle von ADAM10 und ADAM17 in der Reifung und Funktion von T-Zellen charakterisiert werden. Die Mechanismen, mit denen IL-6 zur Kontrolle von bakteriellen Leberinfektionen beiträgt, sind nur teilweise verstanden. Weiterhin hat das Zytokin nicht nur schützende Funktionen, IL-6 ist unter anderem auch an der Entstehung und Aufrechterhaltung von chronischen Entzündungsgeschehen beteiligt. Ein detailliertes Verständnis der Funktion von IL-6 ist daher essentiell für die Entwicklung von Strategien, die auf einer Modulation der IL-6-Wirkung basieren. In der 1. Förderperiode konnten wir zeigen, dass IL-6 an der frühen Kontrolle des Bakteriums Listeria monocytogenes durch das angeborene Immunsystem beteiligt ist. Die Wirkung von IL-6 beruht hierbei auf einer Aktivierung von Zellen über den “klassischen” IL-6-Weg, über die membranständige IL-6-Rezeptor-α-Kette (IL-6Rα). Der Trans-Signalweg über einen löslichen IL-6/IL-6Rα-Komplex scheint nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Im Verlauf der Infektion wird der IL-6Rα außerdem von der Oberfläche verschiedener Zellen abgespalten. Die IL-6-Wirkung kann daher sowohl über die Produktion als auch über die Wahrnehmung durch die Zielzellen reguliert werden.
In der aktuellen Förderperiode soll untersucht werden, welche Zellen im Verlauf der Infektion für die IL-6-Produktion verantwortlich sind und welche Bedeutung die Wahrnehmung von IL 6 durch den klassischen und den Trans-Signalweg auf verschiedene Zellen des Immunsystems hat. Schließlich sollen die für die Abspaltung des IL-6Rα verantwortlichen Proteasen näher charakterisiert und die generelle Funktion dieser Proteasen in der Immunantwort gegen bakterielle Infektionen geklärt werden.

Projektleitung

Prof. Dr. rer. nat. Hans-Willi Mittrücker
Institut für Immunologie, Diagnostikzentrum
Universitätsklinikum Hamburg Eppendorf
Martinistr. 52
20246 Hamburg
Tel.: +49-40 -7410-57922
Fax: +49-40-7410-54243
E-Mail: h.mittruecker@uke.de

Projektbeschreibung

Im Rahmen des SFB841 (A5) untersuchen wir die molekularen Mechanismen der HBV-Persistenz. Insbesondere gehen wir der Frage nach, wodurch die Aktivität und Stabilität der cccDNA beeinflusst werden kann und welche Rolle die intrahepatische angeborene Immunantwort spielt. Wir konnten zeigen, wie das Zytokin wie IFNα die Aktivität des HBV-cccDNA-Minichromosoms unterdrückt (Belloni et al. J.Clin.Invest. 2012; Allweiss et al. J. Hepatology 2014). Weitere Untersuchungen konnten zeigen, dass die Wirtszellen sich der viralen DNA durch natürliche Zellteilung entledigen und dass diese Zellen, durch die gleichzeitige Therapie mit so genannten Eintritts- oder Polymerasehemmern, vor einer Neuinfektion geschützt werden können (Allweiss, Gut 2017).
Um die Interaktionen zwischen angeborener und adaptiver Immunantwort zu untersuchen, wurden die uPA-Mäuse auch partiell mit humanen HBV-spezifischen Immunzellen injiziert und deren antivirale Wirkung erfolgreich untersucht.
Mit zukünftigen Untersuchungen wollen wir die Mechanismen der cccDNA-Elimination in proliferierenden Leberzellen sowie die antivirale Wirkung bestimmter Zytokine in humanisierten Mäusen besser verstehen. Weiter sollen die Wechselwirkungen zwischen dem Hepatitis-B-Virus und zellulären Signalwegen und, nach Etablierung neuer immunkompetenter Mausmodelle, der Einfluss des humanen Immunsystems auf die HBV-Infektion analysiert werden. Die präklinische Testung neuerer antiviraler Substanzen in „humanisierten“ Mäusen wird auch durch Kooperationen mit internationalen Institutionen und mit der Industrie durchgeführt. Wir sind fest überzeugt, dass ein besseres Verständnis der HBV-Wirts-Interaktionen die Entwicklung wesentlich effektiverer Therapien ermöglich wird.

Projektleitung

Prof. Dr. rer. nat. Maura Dandri
I. Medizinische Klinik und Poliklinik
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistr. 52
20246 Hamburg
Tel.: +49-40-7410-52949
Fax: +49-40-7410-57232
E-Mail: m.dandri@uke.de

Projektbeschreibung

Eine funktionelle Beeinträchtigung der adaptiven Virus-spezifischen Immunantwort sind charakteristische Eigenschaften vieler viraler Infektionen. In der Hepatitis C Virus (HCV) Infektion ist aktuell unklar, warum zunächst praktisch alle Patienten eine Virus-spezifische CD4+ T Zellantwort generieren, diese aber in den meisten Fällen dysfunktional ist, und nach den ersten Wochen der HCV Infektion nicht mehr zu detektieren ist. Die CD4+ T Zellantwort spielt eine zentrale Rolle in der Koordination der B-Zell- als auch der CD8+ T Zellantwort. In der akuten, unbehandelten HCV-Infektion verlieren CD4+ T Zellen unter dem Einfluss koinhibitorischer Moleküle ihre Funktionalität, und die HCV Infektion nimmt in der Mehrzahl der Patienten einen chronischen Verlauf. Die detaillierte Aufklärung der Oberflächen-Expressionsmuster verschiedener inhibitorischer und stimulatorischer Moleküle auf HCV-spezifischen CD4+ T Zellen kann helfen, diesen Funktionsverlust besser zu verstehen.
Im Fokus unserer Untersuchungen steht die ex-vivo-Charakterisierung des Expressionsmusters ko-inhibitorischer und stimulatorischer Moleküle auf HCV-spezifischen MHC Klasse II Tetramer positiven CD4+ T Zellen in verschiedenen Stadien der HCV Infektion.
Unsere Arbeiten aus den vorigen Förderperioden zeigen, dass HCV-spezifische CD4+ Zellen von Patienten mit akuter oder chronischer HCV Infektion im Vergleich zu Patienten mit spontan ausgeheilter HCV Infektion eine höhere Co-Expression inhibitorischer Rezeptoren aufweisen. Im speziellen konnten wir die PD-1/TIGIT Ko-Expression beobachten.
Weitere funktionelle in vitro Experimente müssen im Verlauf zeigen, inwieweit eine mögliche Ko-Blockade dieser beiden Moleküle zu einer Wiederherstellung der funktionellen Eigenschaften HCV-spezifischer CD4+ T Zellen führen kann.

Projektleitung

Prof. Dr. med. Julian Constantin Schulze zur Wiesch
I. Medizinische Klinik
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistraße 52
20246 Hamburg
Tel.: +49-40-7410-20977
E-Mail: jschulze@uke.uni-hamburg.de

Projektbeschreibung

Natürliche Killer (NK) -Zellen sind ein zentraler Bestandteil der frühen Immunantwort gegen Viren und Malignome und hoch angereichert in der Leber. Der Beitrag von NK-Zellen zur Leberentzündung und ihre Rolle bei der Pathogenese der Lebererkrankung und Virushepatitis sind jedoch noch unklar. Die Hypothese des Projekts ist, dass die NK-Zell-Diversität den klinischen Verlauf einer HCV-Infektion bestimmen kann.

Wir planen, die NK-Zell-Diversität durch Multiparameter-Durchflusszytometrie im peripheren Blut und in der Leber von HCV-infizierten Individuen mit unterschiedlichen Krankheitsverläufen zu charakterisieren. Wir werden diese Ergebnisse in kollaborative Studien im Rahmen vom Sonderforschungsbereich 841 übertragen, um die Wechselwirkungen zwischen der NK-Zell-Diversität und der Leberentzündung zu untersuchen und die beteiligten Rezeptor / Ligand-Wechselwirkungen zu bestimmen.

Projektleitung

Prof. Dr. med. Marcus Altfeld
Leiter, Abteilung Virusimmunologie
Leibniz-Institut für Virologie
Martinistraße 52
20251 Hamburg
Tel.: +49-40-48051-221
E mail: marcus.altfeld@leibniz-liv.de

B1 - Regulation immun-vermittelter Leberschädigung

Dieses Projekt befasst sich mit Immunregulation und Toleranzinduktion als Antwort auf eine Leberentzündung. In den ersten Förderperioden konnten wir in einem Mausmodell einer CD4+ T-Zell-vermittelten Leberschädigung, die durch Concanavalin A (ConA) induziert wird, zeigen, dass innerhalb eines bestimmten Zeitraums Toleranz gegenüber ConA-Re-exposition entsteht, die durch IL-10 produzierende CXCR3+Tbet+ regulatorische T-Zellen (Tregs) vermittelt wird. Hepatozyten sowie leberständige Endothelzellen (LSEC), als nicht-professionellen antigen-präsentierenden Zellpopulation der Leber, scheinen durch Aktivierung negativer Signalwege während der T-Zell-Aktivierung an der Generierung IL-10 produzierenden Tregs beteiligt zu sein. In der aktuellen Förderperiode wollen wir die Bedeutung des Mikrobioms für die Induktion von IL-10-produzierenden Tregs in der Leber untersuchen. Es sollen kommensale mikrobielle Faktoren identifiziert werden, welche für die Leberentzündung und Toleranzinduktion von Bedeutung sind. Dazu gehören u.a. bakterielle Stoffwechselprodukte wie kurzkettige Fettsäuren. Darüber hinaus soll die Rolle des mikrobiellen Rezeptors und Immuncheckpoint-Regulators CEACAM1 in membrangebundener und löslicher Form bei der T-Zellaktivierung und Antigenpräsentation durch leberständige, nicht-professionelle antigen-präsentierende Zellpopulationen untersucht werden. Aktuelle Arbeiten von uns zeigen, dass CEACAM1 die Signalgebung über den IL-2-Rezeptor stimuliert und maßgeblich an der Bildung regulatorischer T Zellen in der Leber beteiligt ist (Hepatology, 2018).

Projektleitung:

Prof. Dr. rer. nat. Gisa Tiegs
Forschungsabteilung für Experimentelle Immunologie und Hepatologie
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistr. 52
20246 Hamburg

PD Dr. rer. nat. Andrea Kristina Horst
Institut für Experimentelle Immunologie und Hepatologie
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistr. 52
20246 Hamburg

B2 Toleranzentstehung und -durchbrechung in der Leber

Die Leber hat eine sehr ausgeprägte Fähigkeit zur Unterdrückung von Entzündung und zur Induktion von Immuntoleranz. Die Leber kann jedoch auch das Ziel von Autoimmunerkrankungen sein, bei denen das Immunsystem die Leber angreift. Bislang ist weitgehend unverstanden, wie und weshalb Autoimmunreaktionen in dieser toleranzauslösenden Umgebung entstehen. Wir glauben, dass die entscheidende Weichenstellung für die Entstehung von Toleranz bzw. Autoimmunität durch die Art der Präsentation von Autoantigenen durch unterschiedliche Zelltypen erfolgt. In diesem Projekt untersuchen wir die unterschiedlichen Auswirkungen einer Aktivierung autoreaktiver Lymphozyten durch verschiedene Leber-residente und Leber-infiltrierende Antigen-präsentierende Zellen auf hepatische Toleranz und Autoimmunität. Durch das Verständnis der dabei wirkenden Mechanismen wollen wir neue Behandlungsansätze für Autoimmunerkrankungen entwickeln. Unsere Arbeiten aus der 1. Förderperiode zeigen, dass ein wesentlicher Mechanismus der hepatischen Immuntoleranz die Generierung regulatorischer T Zellen (Tregs) durch sinusoidale Endothelzellen der Leber (LSECs) ist. Ein selektiver Transport von Autoantigen-Peptiden zu LSECs in vivo mit Hilfe von hierfür entwickelten Nanopartikeln ermöglichte, spezifische Tregs zu erzeugen und damit extrahepatische Autoimmunerkrankungen hochwirksam zu behandeln. Zukünftig soll untersucht werden, welche Faktoren diese außergewöhnliche Wirksamkeit der Nanopartikel-Therapie begründen. Auch wollen wir verstehen, welche molekularen Schalter den Übergang von Toleranz zu Entzündung der Leber einleiten und wie dies therapeutisch genutzt werden könnte.

Projektleitung:

Prof. Dr. rer. nat. Johannes Herkel
I. Medizinische Klinik und Poliklinik
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistr. 52
20246 Hamburg

Prof. Dr. med. Ansgar W. Lohse
I. Medizinische Klinik und Poliklinik
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistr. 52
20246 Hamburg

Projektbeschreibung

Die Primär Sklerosierende Cholangitis (PSC) und auch Sekundär Sklerosierende Cholangitiden führen häufig zur Entwicklung einer Leberzirrhose. Die Cholangitis ist gekennzeichnet durch eine Entzündung und Narbenbildung an der Grenzfläche zwischen Gallenflüssigkeit und Leber. Hier spielt die Regulation der Entzündung im Sinne einer gezielten Keimabwehr bei gleichzeitiger Verhinderung einer überschießenden Entzündung im Sinne einer Autoimmunreaktion eine wichtige Rolle. Regulatorische T-Zellen (Treg) und Interleukin-17 (IL-17) produzierende TH17 Zellen tragen entscheidend zur Kontrolle von Infektion und Entzündung bei.

Projektleitung:

Prof. Dr. med. Christoph Schramm
I. Medizinische Klinik und Poliklinik
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistr. 52
20246 Hamburg

Projektbeschreibung

Im Verlauf der Malaria kann die Immunantwort die Vermehrung der Plasmodien bremsen. Allerdings führt eine zu starke Aktivierung zu einer Pathologie und kann einen lebensbedrohlichen Verlauf der Erkrankung auslösen. Eine effektive Balance zwischen pro- und anti-inflammatorischer Immunantwort bildet sich erst nach vielen Malariaerkrankungen aus.
In den ersten beiden Förderperioden konnten wir zeigen, dass die Blutphase der Malaria mit einer starken Induktion von ko-inhibitorischen Molekülen wie CTLA4, PD1, BTLA, LAG3, TIGIT auf T-Zellen assoziiert ist, welche die Immunantwort modulieren. Kinder mit schwerer Malaria zeigen eine höhere Expression ko-inhibitorischer Moleküle als Kinder mit unkomplizierter Malaria. Interessanterweise wirken Zellen mit hoher Expression ko-inhibtorischer Moleküke hemmend auf andere T-Zellen; sie agieren wie regulatorische T-Zellen (Tr1-Zellen). Diese hemmende Wirkung kann zum einen protektiv wirken, indem eine stärkere Inflammation mit schwererem Krankheitsverlauf verhindert wird. Auf der anderen Seite kann sich dies jedoch auch negativ auf die Entwicklung einer protektiven Immunantwort auswirken.
In der dritten Förderperiode stand daher zum einen eine detailliertere Untersuchung der regulatorischen T Zellen (Tr1-Zellen), welche während einer akuten Malaria induziert werden im Fokus. Des Weiteren soll der Effekt dieser regulatorischen T-Zellen auf die malaria-spezifische T-Zellantwort zur Leberphase der Malaria während und nach einer Infektion untersucht werden. Die Untersuchungen werden wir in experimentellen Malariamodellen in der Maus sowie an Reiserückkehrer mit Malaria und im Rahmen einer Kohortenstudie in Ghana durchführen.

Projektleitung:

PD Dr. rer nat. Thomas Jacobs
Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin
Abteilung für Immunologie
Bernhard-Nocht-Str. 74
20359 Hamburg

Dr. med. Maria Sophia Mackroth
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
I. Medizinische Klinik und Poliklinik
Martinistr. 52
20246 Hamburg

Projektbeschreibung

Die Autoimmune Hepatitis (AIH) ist eine immunvermittelte entzündliche Lebererkrankung, die unbehandelt zu Fibrose bis hin zu Zirrhose und deren Komplikationen führt. Typischerweise besteht die Behandlung aus Kortison (sogenannte Induktionstherapie), parallel dazu wird eine Therapie mit einem Kortison-sparenden Medikament (häufig Azathioprin) begonnen, welches in der Regel für Jahre, häufig auch dauerhaft gegeben werden muss.
In diesem Projektes werden wir – im Rahmen einer klinischen Studie – die Wirksamkeit von Infliximab (einem Medikament, welches den Botenstoff „Tumor-Nekrose-Faktor alpha“ unterdrückt) als Induktionstherapie bei der AIH testen. Hierbei soll geprüft werden, ob eine Unterdrückung der Entzündung mit Infliximab (aber ohne Kortison) effektiv möglich ist; daneben werden wir für die Dauer der alternativen Therapie und auch 6 Monate danach weiterhin auch die Lebensqualität und die zelluläre Immunantwort untersuchen.
In unseren bisherigen Arbeiten konnten wir zeigen, dass entzündungsvermittelnde CD4+ T Zellen eine tragende Rolle in der Pathogenese der AIH einnehmen. Wir konnten sowohl bei T-Zellen aus dem peripheren Blut als auch bei den aus der Leber isolierten T-Zellen dieser Patienten eine Erhöhung entzündungsvermittelnder Botenstoffe zeigen.
Um die Zielantigene der leberinfiltrierenden CD4+ T Zellen – also die molekularen Zielstrukturen der pathogenen Immunantwort – bei den AIH-Patienten zu bestimmen, sollen die Antigenspezifitäten dieser Zellen mithilfe von Kombinatorischen Peptidbibliotheken im Positional-scanning-Format untersucht werden. Dies bietet zum einen die Möglichkeit, die Ätiologie und Pathogenese der AIH besser zu verstehen, und zum anderen, potentiell neue Therapieansätze zu finden.

Projektleitung:

Dr. med. Christina Weiler-Normann
I. Medizinische Klinik
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistr. 52
20248 Hamburg

Projektbeschreibung

Übergewichts-assoziierte Insulinresistenz und hepatische Lipidakkumulation als Folge von Inaktivität und hoher Kalorienaufnahme sind mit der Entwicklung von NASH assoziiert. Bei der Untersuchung des therapeutischen Potenzials durch die Aktivierung des Energie-verbrauchenden braunen Fettgewebes (BAT) haben wir eine ausgeprägte Hochregulierung der Cholesterinverarbeitung und Umwandlung in Gallensäuren über den alternativen Gallensäuresyntheseweg beobachtet. Diese Prozesse wurden von einer reduzierten Steatose und Leberentzündung begleitet. In der aktuellen Förderperiode wollen wir untersuchen, ob erhöhter Energieaufwand das Fortschreiten von NASH durch entzündungshemmende Eigenschaften von Gallensäuren, die über den alternativen Syntheseweg generiert werden, beeinflusst. Mechanistisch wollen wir klären, ob diese Effekte entweder direkt auf eine entzündungshemmende Signaltransduktion durch den Rezeptor TGR5, und / oder indirekt auf bioaktive Metaboliten, die von einem veränderten Darmmikrobiom freigesetzt werden, zurückzuführen sind.
In der ersten Förderperiode konnten wir die zentrale Bedeutung von bestimmten Lipidspezies als metabolische Prädiktoren für die Entstehung der NASH in Mausmodellen und beim Menschen aufzeigen. Bei diesen Untersuchungen wurde TREM2 – ein Modulator des toll-like receptor Signalweges – als neues Zielmolekül für die Regulation akuter und chronischer Entzündungen in der Leber identifiziert. In Kooperation mit verschiedenen Arbeitsgruppen des SFB soll in der nächsten Förderperiode die Funktion und Regulation von TREM2 für die Entstehung und Progression von NASH als auch viral- und autoimmunbedingten Lebererkrankungen untersucht werden.

Projektleitung:

Prof. Dr. rer. nat. Jörg Heeren
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Institut für Biochemie und Molekulare Zellbiologie
Martinistr. 52
20246 Hamburg

Projektbeschreibung

Kombinationen von Entzündungsreaktionen und Gerinnungsreaktionen bilden das vereinigende Prinzip einer Vielzahl von Infektions-, Immun-, thrombotischen und malignen Lebererkrankungen. Das durch Faktor XII gesteuerte Kontaktsystem und sein Aktivator, das anorganische Polymerpolyphosphat, sind ein Paradigma, um den Zusammenhang zwischen Blutgerinnung und Entzündung in der Leber aufzuklären und um die Patientenversorgung zu verbessern.
In der ersten Förderperiode haben wir eine Technologie zur Messung von Polyphosphat in menschlichen Proben entwickelt und rekombinante Polyphosphat-Inhibitoren hergestellt. Die Infusion dieser Inhibitoren störte entzündliche und prothrombotische Reaktionen in Mausmodellen.
In unserem Translationsprojekt wollen wir nun die Rolle von Polyphosphat bei entzündlichen, infektiösen und bösartigen Lebererkrankungen analysieren und die Interferenz mit Polyphosphat-Aktivitäten für die Heilung und Therapie testen. Wir werden Mausmodelle mit einem Mangel und einer übermäßigen Polyphosphataktivität analysieren. Transgene Mäuse werden in Modellen der Leberinfektion/-entzündung, der Regeneration und des Krebses eingesetzt. Erkenntnisse aus Tierversuchsmodellen werden systembiologisch mit Patientendaten verglichen. Das Projekt wird einen umfassenden Einblick in den Polyphosphat/Kontaktsystem-Pfad bei Lebererkrankungen geben und möglicherweise neuartige Therapien für Lebererkrankungen identifizieren.

Projektleitung:

Prof. Dr. med. Dr. rer. nat. Thomas Renné
Institut für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistr. 52
20246 Hamburg

Projektbeschreibung

Interleukin-6 (IL-6) bindet auf Zielzellen an einen membranständigen Rezeptor (IL-6R) und die signalgebende Untereinheit gp130/IL-6ST. Der lösliche IL-6R (sIL-6R), der hauptsächlich über limitierte Proteolyse generiert wird, wirkt zusammen mit IL-6 als Agonist auf Zellen, die lediglich gp130, nicht aber den IL-6R exprimieren. Dieser Prozess wird “IL-6 trans-signaling” genannt.
IL-6 trans-signaling ist wesentlich an Leberregeneration und Hepatokarzinogenese beteiligt. In Leberadenomen auftretende aktivierende gp130-Mutationen erzeugen eine veränderte Signaltransduktion. Welchen IL-6 abhängigen Beitrag bestimmte Zelltypen der Leber zur Pathogenese haben, ist vollkommen unverstanden.
Wir gehen davon aus, dass gp130-Signale in Hepatozyten, Kupffer-Zellen, hepatischen Sternzellen und Endothelzellen einen unterschiedlichen Beitrag zur Physiologie und Pathophysiologie der Lebern liefern.
Um dies zu untersuchen, entwickelten wir ein neuartiges Mausmodell, das es uns erlaubt, selektiv und zellautonom gp130-Signale in ausgewählten Zelltypen zu induzieren und somit deren Beitrag zu Entzündungen und Karzinogenese der Leber zu untersuchen. Wir untersuchen zudem die Beteiligung des IL-6 trans-signaling an humanen chronischen Lebererkrankungen wie PBC, PSC und AIH und evaluieren eine therapeutische Hemmung in Mausmodellen dieser Erkrankungen. Mit unseren Arbeiten legen wir den Grundstock für eine zelltypspezifische gp130-gerichtete Therapie in hepatischen Pathologien.
In Arbeiten der 1. Förderperiode konnten wir zeigen, dass onkogene Mutationen in gp130 zu einer erhöhten konformationellen Flexibilität der gp130-Extrazellulärdomäne und einer ligandenunabhängigen Aktivierung führten. Wir stellten zudem fest, dass gp130-Mutanten vermehrt aus intrazellulären Kompartimenten Signale aussenden.
Zukünftig werden wir den molekularen Aktivierungsmechanismus von gp130 studieren und untersuchen, ob durch Liganden stimuliertes gp130 und konstitutiv aktives gp130 sich in der intrazellulären Signaltransduktion unterscheidet. Wir werden ebenfalls untersuchen, welche physiologischen Konsequenzen eine persistierende gp130-Aktivierung in verschiedenen Zelltypen der Leber hat.
In vorausgehenden Arbeiten haben wir festgestellt, dass ADAM-Proteasen in Zellen des Tumorstromas und der Metastasen-Nische Signale generieren, die ein Tumorwachstum begünstigen. In der kommenden Förderperiode werden wir untersuchen, inwiefern ADAM-Proteasen an der Entstehung maligner Leberläsionen beteiligt sind und ob sich dies therapeutisch ausnutzen lässt.

Projektleitung:

Prof. Dr. rer. nat. Stefan Rose-John
Biochemisches Institut
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Olshausenstr. 40
24098 Kiel

Projektbeschreibung

The mechanism how NASH causes HCC is unknown. We and others show that IL-6 depletion causes liver steatosis and potentiates inflammation; on the other hand, IL-6 induces HCC in mice following administration of carcinogens. We wish to elucidate whether IL-6 plays a protective role against chronic liver injury associated with NAFLD, preventing HCC. Specifically, we wish: 1) to understand the potential role of the IL-6 pathway (signaling and transsignaling) in HCC development; 2) to determine the impact of diet-induced NAFLD on the IL-6 pathway in hepatocarcinogenesis; and 3) to assess novel therapeutic avenues to target IL-6 and/or IL-6 in obesity-driven HCC.
In the first funding period, we have investigated the role of the H19 non-coding RNA imprinting gene in liver cancer development. Our results are quite surprising: We had found that H19 is actually a pluripotent factor which controls both Nanog and Oct4. In embryos and induced pluripotent stem cells, Nanog, together with other factors such as Oct4, sets the ground state of pluripotency. The reduction of H19 levels in our human embryonic carcinoma cells is associated with early differentiation, and the reduction of pluripotent markers. Interestingly, in the mouse model, the Mdr2-IL-6 double KO mice, H19 is very significantly increased. We are currently investigating the molecular mechanism behind this observation as it possibly explains the increase in hepatocarcinogenesis.

Projektleitung:

Prof. Eithan Galun, M.D.
Director, Goldyne Savad Institute of Gene Therapy
Hadassah Hebrew University Hospital
Jerusalem, 91120
Israel

Projektbeschreibung

Bisherige Arbeiten zur Ätiologie der Autoimmunhepatitis (AIH) beschäftigen sich fast ausschließlich mit der entzündungsvermittelnden Rolle von CD4+ T-Lymphozyten. Die Beobachtung, dass AIH-Patienten hohe Serumspiegel an Immunglobulin G (IgG) und zirkulierenden Autoantikörpern aufweisen, legt aber auch eine pathologische Regulation durch B-Lymphozyten nahe.
Diese Annahme wird durch das Vorhandensein von Leber-infiltrierenden Plasmazellen untermauert. Ausgehend von diesen Beobachtungen wollen wir die Rolle von B-Zellen bei der AIH genauer verstehen, insbesondere ob es ein AIH-spezifisches Zytokin-Milieu gibt, welches für die B-Zell-Dysregulation verantwortlich ist, und welche molekularen Zielstrukturen von Leber-infiltrierenden B-Lymphozyten erkannt werden. Vor allem in Bezug auf die letztere Frage wollen wir in enger Kooperation mit Projekt B05 untersuchen, inwieweit B-Lymphozyten über Modulation von T-Lymphozyten zur Leberschädigung führen.

Projektleitung:

Prof. Dr. med. Mascha Binder
Universitätsklinikum Halle
Universitätsklinik und Poliklinik für Innere Medizin IV
Ernst-Grube-Str. 40
06120 Halle (Saale)

Projektbeschreibung

Kupffer-Zellen (KZ) sind eine Population von stark phagozytischen, im Lebergewebe ansässigen Makrophagen pränatalen Ursprungs. Anders als hämatopoetische Makrophagen sind KZ langlebig und persistieren bis ins Erwachsenenalter. Die Funktion von KZ in Bezug auf ihre lange Lebensdauer ist unbekannt. Während der Infektion mit Parasiten, wie Schistosoma, die eine Immunantwort induzieren, hauptsächlich durch eine hohe Freisetzung von Zytokinen vom Typ 2, wie IL-4 und IL-13, gekennzeichnet, erhalten Makrophagen in der Leber einen entzündungshemmenden / Gewebeheilungs-Phänotyp. Während der Erwerb dieses Phänotyps für das Wirtsüberleben während der anfänglichen akuten Antwort auf den Parasiten wesentlich ist, ist im späteren Stadium der Infektion eine verstärkte KZ-Entzündungsreaktion auch mit der Entwicklung von Gewebefibrose verbunden.
Unsere früheren Ergebnisse haben gezeigt, dass das Abtasten von apoptotischen Zellen ein kritischer Schritt in der Reaktion von Makrophagen auf Zytokine wie IL-4 und IL-13 ist. Basierend darauf, und in Übereinstimmung mit der hohen Phagozytokapazität von KZ, wollen wir untersuchen, ob die langanhaltende Wahrnehmung apoptotischer Zellen durch KZ ihre Reaktion auf Typ-2-Zytokine im Rahmen einer Schistosoma-Infektion prägen und ihnen ein angeborenes Gedächtnis verleihen kann. Wir glauben, dass die Untersuchung von Mechanismen der apoptotischen Zelldetektion durch KZ unerforschte therapeutische Ziele in langlebigen Lebermakrophagen offenbaren und entscheidende Erkenntnisse für einen lang anhaltenden Schutz gegen Leberinfektionen liefern können, während Leberfibrose vermieden wird.

Projektleitung:

Lidia Bosurgi, PhD
I. Medizinische Klinik und Poliklinik
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistrasse 52
20246 Hamburg

Projektbeschreibung

Der Arylhydrocarbonrezeptor (AhR) ist ein ubiquitär exprimierter Transkriptionsfaktor, der durch vielfältige Liganden, z.B. aus Umwelt und Nahrung, aktiviert werden kann. Zahlreiche aktuelle Studien belegen eine Schlüsselfunktion des AhR im Immunsystem, jedoch wurde bisher nicht ausreichend untersucht, inwieweit der AhR für die Immunregulation in der Leber von Bedeutung ist.
Wir denken, dass der AhR, ähnlich wie in professionellen Immunzellen, auch in den Antigen-präsentierenden Zellen der Leber (sinusoidale Endothelzellen, Kupfferzellen, dendritische Zellen) deren immunologische Funktion reguliert. Daher könnte der AhR ein entscheidender Faktor in der Regulation hepatischer Immunantworten sein.
Außerdem wollen wir untersuchen, ob eine Beeinflussung der AhR-Funktion in der Leber durch die therapeutische Gabe Toleranz-fördernder AhR-Liganden für die Behandlung entzündlicher Lebererkrankungen von Nutzen sein kann.

Projektleitung:

Dr. rer. nat. Antonella Carambia
I. Medizinische Klinik und Poliklinik
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistrasse 52
20246 Hamburg

Projektbeschreibung

Die Magnetresonanztomographie ist ein seit 30 Jahren im klinischen Alltag etabliertes Verfahren zur Erzeugung von Schnittbildern, welche neben der anatomischen Bildgebung auch eine Erfassung funktioneller Eigenschaften von Geweben ermöglicht. Mit Hilfe eines speziellen Hochfeld-Magnetresonanztomographen (MRT) gelingt es, die vom Menschen gewohnte MR Bildgebung auch bei Kleintieren einzusetzen. Magnetic Particle Imaging (MPI) ist eine viel versprechende neue bildgebende Modalität, die auf den Signalen von superparamagnetischen Nanoteilchen (SPIO) basiert. MPI besitzt eine sehr hoher zeitliche Auflösung (> 40 Volumenscans/Sek.) und gute Empfindlichkeit und kann in der Leberbildgebung eine direkte Abbildung der Leber-SPIO-Verteilung liefern, was eine Erkennung von Lebertumoren oder Temperaturmessung der SPIO-Nanoteilchen erlaubt. In der Klinik und Poliklinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie und Nuklearmedizin wurde in 2014 weltweit der erste kommerziell erhältliche präklinische MPI-Scanner (Bruker/Philips) – gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft – installiert. In der 1. Förderperiode haben wir die MR-Bildgebung der Leber von Kleintieren als standardisiertes diagnostisches Verfahren in Hamburg etabliert und mit einem Verfahren zu Gallengangsdarstellung bei Mäusen auch gänzlich neue Ansätze in der Kleintierbildgebung entwickelt. Durch eine Markierung mit Eisenoxid-Nanopartikel war es uns möglich, parasitäre Amöben in der Leber mittels nichtinvasiver Bildgebung sichtbar zu machen. In der 3. Förderperiode wollen wir die anatomische und funktionelle magnetische Partikel-Bildgebung der Leber in MRT und MPI weiter erforschen und vorantreiben, um die Visualisierung von hepatobiliären Pathologien zu verbessern, um damit die dem Krankheitsverlauf zugrunde liegenden Prozesse besser zu verstehen.

Projektleitung:

Prof. Dr. med. Gerhard Adam
Klinik und Poliklinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie und Nuklearmedizin
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistrasse 52
20246 Hamburg

Projektbeschreibung

Funktionelle Genanalysen, insbesondere basierend auf dem CRISPR/Cas-System, stellen eine essentielle Methodik zur Aufdeckung der Rolle einzelner Gene wie auch von Gennetzwerken im Zuge der Leberentzündung und ihrer Konsequenzen dar.
Dieses Serviceprojekt wird die Partner des SFB 841 bei folgenden Anwendungen unter-stützen: (i) CRISPR/Cas-basierte Screenings, (ii) Herstellung geneditierter Zelllinien, (iii) Etablierung (Keimbahn wie auch leberspezifischer) „geCRISPRter” Mäuse, (iv) permanente vektorvermittelte Transgenese.

Projektleitung:

Prof. Dr. rer. nat. Boris Fehse
Institut für Zell- und Gentherapie
Klinik für Stammzelltransplantation
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistrasse 52
20246 Hamburg

Prof. Eithan Galun, MD
Goldyne Savad Institute of Gene Therapy
Hadassah Medical Center
The Hebrew University of Jerusalem
Jerusalem, 91120
Israel