Thomas Pap

Bereich Molekulare Medizin des Muskuloskeletalen Systems,

Universitätsklinikum Münster

 

 

Zusammenfassung

 

Der programmierte Zelltod, oder auch Apoptose, ist einer der zentralen physiologischen Mechanismen, über die das zelluläre Gleichgewicht in Geweben aufrechterhalten wird.

 

Synoviale Fibroblasten, die in der Pathogenese der RA eine zentrale Rolle spielen, weisen eine Resistenz gegen Apoptose auf. Mehrere molekulare Mechanismen sind an der Apoptoseresistenz beteiligt. So könnte lösliches Fas den Fas-Liganden (Fas-L) binden und so die FasL-induzierte Apoptose auch

von Fibroblasten verhindern. 

 

SUMO-1 (kleiner Ubiquitin-ähnlicher Mo- difikator) wird an Proteine nachträglich, d. h. posttranslational angelagert. Diese SUMOylierung scheint an der Apoptoseresistenz von RA-Fibroblasten maßgeblich beteiligt zu sein. SUMO-1 ist in synovialen Fibroblasten von RA-Patienten deutlich erhöht. Eine Veränderung des posttranslationalen SUMOylierungsmusters könnte ein neuer Ansatz sein, die stabile Aktivierung synovialer Fibroblasten bei RA zu verändern.

 

 

Der programmierte Zelltod

 

Der programmierte Zelltod, oder auch Apoptose, ist einer der zentralen physiologischen Mechanismen, über die das zelluläre Gleichgewicht in Geweben aufrechterhalten wird. Es handelt sich um einen hoch selektiven Weg, wie gealterte und beschädigte Zellen aus dem Gewebeverband eliminiert werden. Die Einleitung der Apoptose kann dabei über verschiedene Wege erfolgen. Einer der wichtigsten ist die Stimulation spezieller Oberflächenrezeptoren, die auch Todesrezeptoren oder „death receptors“ genannt werden. Allen diesen Rezeptoren ist gemeinsam, dass sie über eine 90 Aminosäuren große Todesdomäne („death domain“, DD) verfügen, über welche die apoptotische Signalkaskade initiiert wird. Der Prototyp dieser Rezeptoren ist der Fas-Rezeptor, der strukturell zur TNF-α-Rezeptorfamilie

gehört. Aber auch andere Rezeptoren dieser Familie, darunter der p55-TNF-Rezeptor (TNFR I) sowie bestimmte TRAILRezeptoren („TNF-related apoptosis inducing ligand“, TRAIL) können in verschiedenen Zellen Apoptose induzieren.

 

Die Kaskade von Ereignissen, die nach Binden der entsprechenden Liganden an die Todesrezeptoren (im Falle von Fas ist dies der Fas-Ligand FasL) zur Auslösung der Apoptose führt, ist komplex. Bindet FasL an den Fas-Rezeptor, kommt es zunächst zur Trimerisierung der DD. Dabei bildet sie einen speziellen Signalkomplex („death inducing signaling complex“, DISC), der zur Aktivierung einer Reihe von Enzymen, den Caspasen, führt. Ausgangspunkt

ist dabei die Aktivierung der Caspase, die über weitere Schritte und unter

Beteiligung einer Vielzahl zusätzlicher Moleküle in der Aktivierung von Effektorkaspasen, besonders Caspase-3 endet.

 

Apoptotische Zellen zeigen eine Reihe von morphologischen und molekularen Charakteristika. So kommt es zu einer Schrumpfung und zur Kondensation von Zytoplasma und Zellkern, zur Aggregation des Chromatins an der Kernmembran und zur Fragmentation der DNA. Schließlich entstehen multiple apoptotische Körperchen, die von Makrophagen phagozytiert werden, weil sie diese an charakteristischen Veränderungen der äußeren Zellmembran erkennen.

 

Es muss betont werden, dass während der Apoptose diese Zellmembran intakt bleibt, so dass es – im Unterschied zur Nekrose – nicht zur Auslösung einer Entzündungsreaktion kommt. Dennoch haben Veränderungen im Gleichgewicht zwischen Proliferation und Apoptose ganz entscheidende Konsequenzen für die betroffenen Gewebe. Dies gilt auch für die rheumatoide Arthritis (RA).

 

 

Was hat veränderte Apoptose in Fibroblasten mit der Pathogenese der RA zu tun?

 

Synoviale Fibroblasten spielen in der Pathogenese der RA eine zentrale Rolle [1]. Sie sind nicht nur maßgeblich an der progressiven Zerstörung des artikulären Knorpels beteiligt, sondern tragen auch zu anderen wichtigen Aspekten der Erkrankung wie der Akkumulation und dem Überleben von Entzündungszellen in der erkrankten Gelenkinnenhaut sowie der Differenzierung von Monozyten in Osteoklasten bei. Verschiedene Befunde legen nahe, dass synoviale Fibroblasten bei RA einen stabil aktivierten Phänotyp besitzen, den sie auch in der Abwesenheit einer kontinuierlichen Stimulation durch Entzündungszytokine bzw. andere lösliche Faktoren aufrechterhalten.

 

-> Synoviale Fibroblasten sind nicht fähig, die Apoptose zu vollenden.

 

Eine entscheidende Eigenschaft dieser stabil aktivierten synovialen Fibroblasten ist dabei ihre Unfähigkeit, den programmierten Zelltod zu vollenden bzw. auf Stimuli, die ihn auslösen, adäquat zu reagieren. Dies gilt insbesondere für die Fasinduzierte Apoptose.

 

Gegenwärtige Konzepte zur Rolle synovialer Fibroblasten in der Pathogenese der RA gehen davon aus, dass diese Resistenz gegen Apoptose einen zentralen Mechanismus der synovialen Hyperplasie darstellt. Die Ursachen für die Apoptoseresistenz synovialer Fibroblasten sind nicht vollständig verstanden, aber verschiedene Befunde zeigen, dass mehrere Mechanismen involviert sind. So sind in der Synovialflüssigkeit von Rheumapatienten erhöhte Spiegel an löslichem Fas („soluble Fas“, sFas) gefunden worden, die in der Lage wären, FasL in der Art eines „Decoy-Rezeptors“ zu binden und so die FasL-induzierte Apoptose auch von Fibroblasten zu verhindern.

 

-> Erhöhte FLIP-Spiegel unterbrechen die zur Apoptose führende Signalkaskade.

 

Andere Untersuchungen zeigen, dass es zumindest in einigen Fibroblasten erhöhte Spiegel des Signalmoleküls FLIP („FLICE inhibitory proteins“) gibt. FLIP ist ein direkter Hemmer der Caspase-8, und erhöhte FLIP-Spiegel verhindern die Assoziation der Caspase-8 mit der Fasassoziierten Todesdomäne FADD („Fasassociated death domain“) und unterbrechen damit die zur Apoptose führende Signalkaskade.

 

Jüngste Untersuchungen zeigen jetzt, dass nicht nur die erhöhte Expression direkt anti-apoptotischer Moleküle wie FLIP an der Resistenz synovialer Fibroblasten gegen den programmierten Zelltod beteiligt sind, sondern dass auch die „Verknappung“ von proapoptotischen Faktoren wie des Adaptormoleküls DAXX („deathassociated protein“) an diesem Prozess beteiligt ist. Interessanterweise erfolgt diese „Verknappung“ nicht über eine verminderte Produktion, sondern über die posttranslationale Modifikation von Zellkernproteinen, die zur Anlage großer Depots an DAXX führen.

 

 

Neuer Mechanismus: SUMOylierung

 

In diesem Zusammenhang spielt das kleine Ubiquitin-artige Molekül SUMO-1 („small ubiquitin-like modifier“) eine zentrale Rolle. SUMO-1 gehört zu einer Familie von Molekülen, die über einen mehrstufigen enzymatischen Prozess an verschiedene Proteine nachträglich, d. h. posttranslational angelagert werden. Diese SUMOylierung verändert die betroffenen Proteine in einer Weise, dass ihre Interaktion mit anderen Molekülen grundlegend verändert wird.

 

-> Die SUMOylierung ist ein weiterer fundamentaler Mechanismus, über den die Aktivität von Proteinen verändert werden kann.

 

Die Liste von Molekülen, deren Funktion durch SUMOylierung verändert werden kann, wächst ständig. Prominente Beispiele sind Tumorsuppressoren wie p53, der Transkriptionsregulator IκBα (Inhibitor von NFκB) und auch Zellkernproteine wie das promyelozytische Leukämieprotein (PML). Es konnte bereits vor einiger Zeit gezeigt werden, dass SUMO-1 in synovialen Fibroblasten von RA-Patienten im Vergleich zu solchen von Osteoarthritispatienten deutlich erhöht ist [2].