Funktionelle Charakterisierung der Casein Kinase 2 in der Etablierung und Aufrechterhaltung peripherer Toleranz durch dendritische Zellen

Dendritische Zellen (DCs) nehmen eine Schlüsselrolle in unserem Immunsystem ein, indem DCs sowohl Immunität, als auch Toleranz induzieren können. Im Falle der Immunität sind DCs in der Lage die Differenzierung der verschiedenen T-Helferzellen, wie Th1-, Th2- und Th17-Zellen zu steuern und tragen so zu der Qualität einer Immunantwort bei. Auf der anderen Seite können DCs in Gegenwart von TGF-β, IDO und Retinsäure die Differenzierung von regulatorischen T-Zellen induzieren und tragen somit zur Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz bei. Insbesondere in den Darm-assoziierten lymphatischen Geweben (GALT) müssen DCs unverhältnismäßige Immunantworten gegen harmlose Antigene aus der Nahrung und kommensale Bakterien verhindern, während gegen Pathogene schützende Immunantworten induziert werden müssen. Auf Grund dieser entgegengesetzten Funktionen der DCs wollten wir die molekularen Mechanismen der DCs untersuchen, die der Regulation von Immunität und Toleranz zu Grunde liegen. Insbesondere der Wnt-Signalweg ist für die Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz im GALT von Bedeutung. Da die Casein Kinase 2 in diesem Signalweg entscheidend beteiligt ist, haben wir die CK2-Funktion konditionell, unter der Kontrolle des CD11c-Promotors, deletiert. Hierfür haben wir CD11c-cre Mäuse mit Mäusen verpaart, welche ein von loxP-Signalsequenzen flankiertes Ck2β Gen (CK2β-fl/fl) tragen. Die konditionelle Deletion der CK2-Funktion in DCs, führte zu einer verstärkten Expression der kostimulatorischen Moleküle (wie CD40, CD80, CD86) und der Zytokine IL-6 und IL-12 unter „steady-state“ Bedingungen. Detaillierte Untersuchungen der T-Zellen in CD11c-cre x CK2β-fl/fl Mäusen zeigte eine deutlich reduzierte naive T-Zellpopulation, einhergehend mit einer erhöhten Th1- und Th17-Differenzierung. Speziell in den mesenterialen Lymphknoten konnte eine höhere Frequenz von T-bet+ und Rorγt+ CD4+ T-Zellen gefunden werden, welche große Mengen der Zytokine IFN-γ und IL-17 nach ex vivo Stimulation produzierten. Weiterführende in vivo Versuche, hier wurde das Modell der oralen Toleranz gewählt, zeigten das eine CK2-Deletion in DCs die Induktion einer oralen Toleranz verhindert. Unsere Daten zeigen eindeutig, dass die CK2 entscheidend in der Regulation der DC Homöostase und der Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz beteiligt ist.

Dendritic cells (DCs) are keyplayers in the immune system, by regulating either immunity, or tolerance. By inducing immunity DCs steer T helper (Th) cell subset differentiation like, Th1-Th2- or Th17-cells, thereby determining the quality of a T-cell response. On the other side, DCs are able to induce the differentiation of regulatory t cells in the presence of TGF-β, RA, or IDO and hence, are pivotal players in the maintenance of peripheral tolerance. Especially in the gut-associated lymphoid tissues (GALT) DCs are very important to prevent disproportional immune reactions against food antigens, or commensal bacteria, while on the other hand they have to protect against pathogens. This dichotomous role of DCs in the immune system prompted us to investigate the molecular mechanisms underlying DC steered immunity or tolerance. In particular, the Wnt signalling pathway was shown to be important for the maintenance of peripheral tolerance in GALT. As the casein kinase 2 (CK2) is a key enzyme in Wnt signalling, we decided to generate a conditional knock-out mouse, to delete CK2-function under the control of the CD11c-Promoter. To this end, we crossed CD11c-cre mice with mice in which the Ck2 gene is flanked by loxP sites (CK2-fl/fl). Conditional deletion of CK2 specifically in DCs leads to the uncontrolled upregulation of costimulatory molecules (like CD80, CD86, CD40) and Th cell subset steering cytokines (like IL-6 and IL-12) under steady state conditions. Detailed analyses of T cells in CD11c x CK2-fl/fl mice revealed a significantly reduced naïve T-cell population and concomitantly enhanced Th1, as well as Th17 differentiation. Especially in mesenteric lymphnodes we found higher numbers of T-bet+ and Rorγt+ CD4+ T cells, producing high amounts of IFNγ and IL-17 with a fast kinetics upon stimulation ex vivo. Further in vivo studies using a model of oral tolerance demonstrated that CK2-deficiency in DCs is incompatible with the induction of oral tolerance. Our data clearly demonstrate, that CK2 is critically involved in the regulation of dendritic cell homeostasis and in the maintenance and induction of peripheral tolerance.