Integrin-mediated modulation of mast cell degranulation

Abstract

Iedere dag staan we bloot aan ontelbare schadelijke micro-organismen en stoffen. Om te overleven is het immuunsysteem constant in actie om deze factoren in ons lichaam te bestrijden. Als voorbeeld nemen we een bacterie. Na het lichaam te zijn binnengedrongen, via bijvoorbeeld een huidwond, wordt de bacterie gesignaleerd door het immuunsysteem wat leidt tot de productie van antistoffen (figuur 1). Binding van de geproduceerde antistoffen aan de bacterie zorgt ervoor dat deze herkend kan worden door cellen van het immuunsysteem die gemoeid zijn met de opruiming van lichaamsvreemde substanties, de effectorcellen. Op grond van een bepaald gedeelte van antistoffen, het Fc-domein, worden deze onder-verdeeld in verschillende klassen. De klasse van de geproduceerde antistof is bepalend voor het verdere verloop van de afweerreactie. Voor iedere Fc-domeinklasse bestaat namelijk een specifieke Fc-receptor, IgG antistoffen bijvoorbeeld worden specifiek gebonden door Fc???? -receptoren. Door-dat verschillende Fc-receptoren op verschillende effectorcel-types voorkomen, bepaald de klasse van het antilichaam welke effectorceltype aangewend wordt ter bestrijding van de indringer. Sommige lichaamsvreemde stoffen zoals bijvoorbeeld huisstofmijt, zogenaamde allergenen, bevatten tot op heden onopgehelderde eigenschappen die leiden tot de productie van IgE antistoffen. Het geproduceerde IgE bindt aan de Fc-receptor voor IgE, Fc e RI, die zich bevindt op mestcellen (figuur 2). IgE-productie en –binding aan de mestcel, leidt niet tot verdere reacties maar bewapent deze cel wel voor een volgend contact met hetzelfde allergeen, het betreffende individu is nu allergisch 1 . Bij hernieuwd contact wordt het allergeen gebonden door het IgE op de mestcel wat leidt tot activatie van deze cel. De naam “mestcel” werd afgeleid van het Duitse “Mast-zelle”, wat “weldoorvoede cel” betekent. Hun “volgevreten” uiterlijk danken mestcellen aan het feit dat ze dat ze vol zitten met blaasjes, granules, gevuld met ontstekingsmediatoren zoals histamine en serotonine (zie ook hoofdstuk 1 figuur 2). Mestcelactivatie leidt tot het legen van de granules, degranulatie, waarna de vrijgekomen ontstekingsmediatoren in het omliggende weefsel de kenmerken van een allergische reactie, zoals jeuk en zwelling, veroorzaken. In de westerse wereld is het aantal gevallen van allergische aandoeningen, zoals bijvoorbeeld astma, zo sterk toegenomen gedurende de afgelopen eeuw, 1 De termen atopie en allergie zijn tegenwoordig bijna synoniem en worden willekeurig doorelkaar gebruikt. Kenmerken van atopie zijn: verhoogde hoeveelheden allergeen-specifiek IgE in het bloed en een allergische reactie in een huidtest. lichaamsvreemd (antigeen) activatie Fc-domein antigeen-bindende domeinen antistof Fc-receptor effector-cel antigeen bestrijding immuun systeem Figuur 1. Een afweerreactie tegen een lichaamsvreemde substantie?106 dat vandaag de dag iedereen er wel direct of indirect mee geconfronteerd wordt. Onderzoek heeft aangetoond dat zowel genetische als omge-vingsfactoren verantwoordelijk zijn voor het ontstaan van atopie. Deze onderzoeksresultaten geven echter geen verklaring voor de observatie dat bij twee personen die beiden atopisch zijn voor huisstofmijt, dit allergeen bij de één astmatische klachten veroorzaakt en bij de ander niet. Verder kan een allergeen in de ene persoon leiden tot een aandoening in de bovenste, bij een ander in de onderste luchtwegen en bij een derde persoon aanleiding geven tot klachten in meerdere organen. In al deze voorbeelden zijn de personen atopisch, dat wil zeggen, in het lichaam bevinden zich met “IgE-bewapende” mestcellen, maar dit hoeft dus niet per se te leiden tot een allergische reactie. Deze observatie impliceert dat factoren uit de naaste omgeving van de mestcel de activatie van deze cel kunnen moduleren. Mestcellen bevinden zich in alle weefsels en organen van het lichaam en zijn daar omgeven door diverse factoren waaronder de extracellulaire matrix, een netwerk van eiwitten dat in organen het cement tussen de cellen vormt. Adhesie, hechting, van mestcellen aan fibronectine, een bestanddeel van de extracellulaire matrix, vindt plaats via oppervlaktemolecuul VLA-5. Onderzoek heeft aangetoond dat adhesie van mestcellen aan fibronectine leidt tot verhoogde degranulatie na allergeen-stimulatie. De manier waarop adhesie aan fibronectine ervoor zorgt dat de uitstoot van mestcelmediatoren verhoogd wordt, is onduidelijk. Opheldering hiervan kan potentiële aangrijpingspunten opleveren voor de ontwikkeling van toekomstige therapie tegen allergie en is daarom onderwerp van dit proefschrift (figuur 3). Voor ons onderzoek maakten wij gebruik van mestcellen die gekweekt worden uit het beenmerg van muizen. Op deze cellen bevindt VLA-5 zich in een vorm die niet hecht aan fibronectine. Om adhesie te stimuleren werd mangaan aan deze cellen toegevoegd. Dit metaal bindt aan VLA-5 en zorgt voor een vormverandering die binding aan fibronectine mogelijk maakt (figuur 4). Onze resultaten laten twee belangrijke fenomenen zien. Ten eerste verhoogt adhesie aan fibronectine mestceldegranulatie als gevolg van allergeen-stimulatie. Ten tweede blijkt dat adhesie aan fibronectine zelf al voldoende om uitstoot van ontstekingsmediatoren op te wekken, zonder dat daar allergeenstimulatie voor nodig is. Fc??? ?? ?? ????? ???? ????? ??????????? ???????? ?? ??? ???????????? ??? ???????????? ??? ??????? ??? ?????? ?? ??? ???? ?????? ???? ?? ?????? ???????????????????????? ????? ?????????? ??? ??? ??????? ??? ?? ???? ???????????? ?????????????? ?????? ?? ??? ????? ???? ???? RI doorgegeven en leidt tot mestceldegranulatie. Fc??? ????????????????????? ???? ?? ???? ?? ?????????? ????????? RI door binding aan verschillende bindingsplaatsen op hetzelfde allergeenpartikel (figuur 5). De sterkte van degranulatie wordt bepaald door een aantal factoren. Ten eerste is een minimale hoeveelheid allergeen nodig om voldoende receptoren te clusteren voor mestcelactivatie, dit wordt de activatiedrempel van de receptor genoemd. Ten tweede leidt een hogere mate van receptorclustering, bepaald door de hoeveelheid aanwezig allergeen, tot een sterkere activatie. Ten derde geldt dat de kracht van een individuele receptor bepaald wordt door de lengte van zijn verblijftijd in het receptorcluster, ofwel: hoe stabieler een receptorcluster des te sterker de reactie. fibronectine VLA-5 + mangaan: Figuur 4. In de linker situatie bevindt VLA-5 zich in een vorm die niet bindt aan fibronectine. Toegevoegd mangaan (rechts) bindt aan VLA-5 zodat deze verandert van vorm en adhesie aan fibronectine mogelijk wordt. signaal-transductie allergeen Fc??? ?? ? ?????????????????????????????? ?? ?? ??????????? ??? ????????? ?? ?? ? ?? ?????? ????????? ???? ??? ?????????????????????????????? ??? ????????? ??????????? ?????????? ??? ?? ? ??? ???? ?????????? ????? ??? ????????????? ?? ??????? ?? ???? ?? ???? ??? ??????????????? ??????? ?????????? ????? ???? ??? ????? ?? ???? RI zich op het mestceloppervlak in elkaars nabijheid bevinden, en misschien zelfs wel verbonden zijn. Dat houdt in dat wanneer VLA-5 geclusterd wordt door adhesie aan fibronectine, Fc??? ??????????????? ???? ??? ????? ??????? ?? ???????? ??? ?????????? ????? ??????? ????????? ????†???????????????? ????? ?? ???????????????? ??? ???? RI verlaagd en wordt de mestcel gevoeliger voor allergeen. Een aan fibronectine gehechte mestcel zal sterker reageren op een bepaalde hoeveelheid allergeen dan een niet gehechte mestcel doordat Fc??? ????????????? ??????????? ???? ????????? ??????? ???? ??????? ????????? ?????????? ????????? ??????????? ?????????? ????? ?? ???????? ?????????? ??? ???????????????????? ?????????? ???? RI tot verhoogde degranulatie. Verder zorgt de pre-clustering van Fc??? ?? ?? ??? ????? ??????? ???? ????????? ??????????? ?? ?????????????????? ???????? ??? ??? ???????? ???? ??? ????????????? ?? ?? ?????????????????? ???? RI dermate dat de activatiedrempel van deze receptor spontaan overschreden wordt en er degranulatie optreedt zonder dat daar allergeen voor nodig is. De observatie dat mestcellen ontstekingsmediatoren uitscheiden door clustering van VLA-5, zou verklarend kunnen zijn voor het ontstaan van metaalallergieën, waarvan de manier van ontstaan grotendeels onduidelijk is. Van mangaan, kobalt, nikkel en zink is bekend dat ze een allergische reaktie teweeg kunnen brengen. In onze experimenten vonden wij al deze metalen in staat zijn mestcel adhesie aan fibronectine te veroorzaken. Deze adhesie leidde vervolgens tot degranulatie. Zoals hierboven reeds beschreven, bevindt VLA-5 zich op rustende mestcellen in een vorm die niet bindt aan fibronectine. In deze cellen is Fc??? ?? ??? ??????????????????? ?? ???? ?????? ???? ??? ???????? ?????????? ?????????????????????????? ??????????? ??? ????? ???? ??? ???? ??? ??????????????????????????????????????????????????????? ?? ?? ???? ??? ???? ???????????? ??????????? RI VLA-5 in de vorm die wel fibronectine bindt Figuur 6. Op het mestceloppervlak bevinden VLA-5 en Fc e RI zich in elkaars nabijheid. Op rustende mestcellen (boven) is VLA-5 aanwezig in een vorm die niet bindt aan fibronectine. In deze situatie is Fc e RI niet gepreclusterd en de mestcel is dan het minst gevoelig voor allergeen-stimulatie. Door omgevingsfactoren (weefsel, metalen etc.) verandert de vorm van VLA-5 (midden). Vervolgens wordt fibronectine gebonden en Fc e RI gepreclusterd. De mestcel wordt gevoeliger voor allergeen en degranulatie door allergeenstimulatie is sterker. Bij zeer sterke hechting aan fibronectine (onder) wordt zoveel Fc e RI geclustered, dat aller-geen niet meer nodig voor overschrijding van de activatiedrempel. Adhesie veroorzaakt nu rechtstreeks degranulatie.?Nederlandse samenvatting nectinebinding mogelijk maakt kan, behalve door de hierboven beschreven metalen, worden geïnduceerd door verscheidene stoffen die plaatselijk in het weefsel aangemaakt worden. De gevoeligheid van de mestcel, correlerend met de vorm van VLA-5 en hechting aan fibronectine, kan dus per locatie in het lichaam gemoduleerd worden door gereguleerde aanmaak van deze stoffen. Samenvattend kan geconcludeerd worden dat het al dan niet optreden van een allergische respons in een weefsel in een atopische situatie afhangt van de gevoeligheid van de mestcellen ter plaatse. Het uitblijven van een allergische reactie zou in dit geval verklaard kunnen worden door te zeggen dat de hoeveelheid allergeen ter plaatse te laag is om de activatiedrempel van Fc