Arbeitsgruppen

Feinarbeit im Labor
Feinarbeit im Labor

Unsere vielfältige Forschungsarbeit wird in mehreren Arbeitsgruppen geleistet. Gern geben wir Einblick in die Themen, mit denen wir uns beschäftigen.

  • AG Tiegs
  • AG Tiegs

    In der Arbeitsgruppe Tiegs werden Forschungsprojekte zum Thema organspezifische Immunregulation bearbeitet.

    Details der verschiedenen Projektarbeiten der AG Tiegs entnehmen Sie bitte den folgenden Informationen auf dieser Seite.

  • Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit den regulatorischen Mechanismen, die der immunologischen Homöostase in der Leber zugrunde liegen. In seiner Funktion als metabolisches Organ ist die Leber dauerhaft großen Mengen an Proteinen und Antigenen ausgesetzt, die über die systemische Zirkulation oder die Portalvene die Leber erreichen. Diese beinhalten unter anderem Nahrungsantigene und aus kommensalen Bakterien des Darm stammenden mikrobielle Produkte.

    Um das Immunsystem daran zu hindern, auf diese harmlosen Antigene zu reagieren, existiert ein umfangreiches regulatorisches Netzwerk, bestehend aus diversen hämatopoietischen Immunzellen und Leber-residenten Zellen mit Immunfunktion. Wir konnten zeigen, dass unter den Leber-residenten Zellen die sinusoidalen Leber-Endothelzellen (LSEC) entscheiden sind, um CD8 T Zell Aktivierung durch diese löslichen Antigene zu verhindern. LSEC sind in der Lage mit CD8 T Zellen zu interagieren und diese funktionell so zu verändern, dass anstatt Effektor T Zellen mit Leberschädigungspotential gedächtnis-ähnliche CD8 T Zellen entstehen. Der koinhibitoische Signalweg über PD-L1/PD-1 ist zentral an diesem Prozess beteiligt.

    Mittels Genexpressionsanalysen versuchen wir die molekularen Mechanismen, die der funktionellen Umlenkung der CD8 T Zellen downstream des PD-L1/PD-1 Signalweges zur Folge hat, zu identifizieren. Hierzu benutzen wir in vitro Systeme, in denen verschiedene hepatische Immunzellen und T Zellen ko-kultiviert werden, um anschließend die gegenseitigen Effekte dieser Interaktion im Hinblick auf T-Zell Funktionalität zu analysieren. Anschließend werden genetisch modifizierte Mausmodelle benutzt, um die in vitro erarbeiteten Mechanismen in vivo zu validieren..

    Unter den großen Mengen an Antigenen und anderen immunologisch relevanten Strukturen und Produkten, die in die Leber hineinfließen, sind auch infektiöse, toxische oder metabolische Belastungen für das hepatische Immunsystem, die akute und chronische Entzündungen verursachen können. Um Leberfunktionalität zu erhalten und Organschäden zu verhindern, werden lokal Gegenmaßnahmen getroffen. In einem Modell der chronischen Leberentzündung auf Basis einer obstruktiven Cholestase untersuchen wir, wie das hepatische myeloide Immunzell-kompartiment, das sowohl Kupffer Zellen, Monozyten, makrophagen als auch Granulozyten einschließt, an der Entzündung beteiligt ist. Insbesondere sind wir an sogenannten myeloid-derived supprossor cells (MDSC) interessiert, weil diesen Zellen ein breites Spektrum immun-inhibitorischer Mechanismen zur Verfügung steht, mit denen ein lokal immunsuppressives Mikromilieu induziert und aufrecht erhalten werden kann. Diese Funktion können MDSC in Tumoren, aber auch in der Leber, ausüben. Wir beabsichtigen, die Mechanismen, die verantwortlich für die Entstehung dieser MDSC im Rahmen chronischer Leberentzündung sind, zu entschlüsseln und deren suppressives Repertoire im lokalen entzündeten hepatischen Mikromilieu zu verstehen.

  • Unsere AG arbeitet auf den Gebieten der Infektiologie, Hepatologie und Immunologie. Wir erforschen das Phänomen der lebervermittelten Immuntoleranz im Kontext von Autoimmunerkrankungen des Menschen sowie Infektionen der Leber mit den Hepatitsviren B, C, D und E. Zusätzlich entwickeln wir in Kooperation mit Partnern in der Industrie moderne zellbasierte Immunoassys, darunter Interferon-Gamma-Release-Assays (IGRAs) für die in vitro Diagnostik (IVO), die in klinischen Studien zur Anwendung kommen.

Projektarbeiten innerhalb der AG Tiegs

  • Im Projekt B1 „Regulation immun-vermittelter Leberentzündung“ im Sonderfoschungsbereich 841 „Infektion, Immunregulation und Konsequenzen“ wird die Immunregulation als Antwort auf einen Entzündungsstimulus hin untersucht. Gerade die Leber nimmt eine besondere Rolle ein, da sie als ein nicht-lymphatisches Organ an der Toleranzvermittlung beteiligt ist. Diese besondere Rolle nimmt sie
    infolge kontinuierlicher Exposition gegenüber aus dem Darm stammenden, bakteriellen Antigenen und Nahrungsantigenen ein. Innerhalb des Projektes B1 werden Fragen zu immunologischen Mechanismen, anti-entzündlichen Molekülen und molekularer Signalverarbeitung bei entzündlichen Lebererkrankungen im Zusammenspiel mit der bakteriellen Darmflora bearbeitet. Hierzu werden Modelle einer immunvermittelten Leberschädigung, wie sie etwa bei einer AIH zu beobachten
    ist, verwendet. Dabei wird das Immunsystem, insbesondere T-Lymphozyten und NKT-Zellen aktiviert, die dann die Lebererkrankung auslösen. Aufgrund der Symbiose zwischen der bakteriellen Darmflora und der Leber kommt es möglicherweise zu gegenseitigen Beeinflussungen des Darm-Immunsystems und der Immunregulation in der Leber. Das Wissen über die Immunregulation und deren Beeinflussung u.a. durch Bestandteile der Darmflora erlaubt Rückschlüsse auf die Mechanismen und ermöglicht auch die Entwicklung von Therapieoptionen.

  • Im Teilprojekt C2 des SFB 841 untersuchen wir Mechanismen der Leberkrebsentstehung. Wir gehen davon aus, dass eine chronische Entzündung durch endogene Immunregulationsmechanismen kontrolliert wird, die im Laufe der Zeit das Krebsrisiko erhöhen können. Wir wollen leberspezifische, immun-regulatorische Zellpopulationen in der chronischen Entzündung und im hepatozellulären Karzinom (HCC) charakterisieren und den Einfluss des anti-entzündlichen Enzyms Hämoxygenase 1 (HO-1) auf die Entstehung und Regulator-Aktivität dieser Zellen untersuchen.

  • Glomeruläre Nierenerkrankungen entstehen häufig auf dem Boden einer überaktivierten renalen
    und systemischen Immunantwort. In diesem Projekt untersuchen wir die Immunregulations- mechanismen, die zur Abschaltung und Ausheilung einer Glomerulonephritis beitragen können. Darüber hinaus interessiert uns, inwiefern parenchymale Nierenzellen und hier insbesondere Tubuluszellen, Parietalepithelzellen und Podozyten eine Funktion als nicht-professionelle, antigen-präsentierende Zellen übernehmen und welche spezifische Immunantwort sie induzieren können.

  • Schmerzmittel in der Schwangerschaft: ein zweischneidiges Schwert

    Fieber und Schmerz sind belastend, gerade während der Schwangerschaft. Eine medikamentöse Behandlung kann jedoch langfristige Nebenwirkungen für den Fötus haben. Trotz einer Vielzahl von freiverkäuflichen Schmerzmitteln am Markt sind nur wenige für Schwangere geeignet. Einer der wichtigsten Wirkstoffe ist N-acetyl p-aminophenol auch bekannt als Acetaminophen (APAP). Der rezeptfreie Wirkstoff wir unter verschiedenen Markennamen vertrieben und hat sich seit seiner Entdeckung 1893 zu einem der wichtigsten Schmerzmittel zur Selbstmedikation entwickelt. Neben dem eigentlichen Wirkstoff sind Kombinationspräparate mit Koffein und Vitamin C erhältlich.

    Da APAP in den therapeutisch empfohlenen Dosen als sicheres Medikament gilt und weder zu den Opioiden, noch zu den Gerinnungshemmern zählt, ist es die erste Wahl zur Behandlung von Fieber und Schmerz während der Schwangerschaft.

    Warum beschäftigen wir uns also mit diesem Wirkstoff?

    Aktuelle wissenschaftliche Studien zeigen, dass APAP neben seiner fiebersenkenden und schmerzlindernden Wirkung auch Teile des Immunsystems verändern kann. Die Einnahme von APAP durch Schwangere überträgt dieses Risiko auf den Fötus. Hieraus können sich langfristige Nebenwirkungen, wie ein erhöhtes Asthmarisiko oder andere Autoimmunerkrankungen, ergeben.

    Daher wollen wir mehr über die Wirkung von APAP auf das Immunsystem von Mutter und Kind erfahren. In abgeschlossenen Studien konnten wir bereits zeigen, dass APAP Hormonspiegel verändert und Stammzellzahlen in den Nachkommen reduziert.

    Wir folgen einem modernen translationalen Ansatz der die Laborergebnisse schnell in die Klinik integrieren soll. Dafür entwickeln wir Modelle die ein so komplexes System wie die Schwanger- schaft möglichst genau nachbilden. Wir analysieren den Einfluss von APAP und seines bekannten
    toxischen Abbauprodukts N-Acetyl-p-benzochinonimin mit Hinblick auf Änderungen in Blutzellen und Gewebe. Mit Hilfe der hochmodernen lasergestützten mehrfarben Durchflusszytometrie wollen wir unterschiedliche Stamm- und Immunzellen identifizieren und den Einfluss von APAP charakterisieren.

    Unser Projekt ist in einer Klinischen Forscher Organisation (KFO296) verortet und ermöglicht so den Austausch von Daten und Ideen zwischen unterschiedlichen Fachgebieten, sowie mit der PRINCE Studie am UKE. Gemeinsam wollen wir Licht in die Stammzellbiologie und Immun- systementwicklung während der Schwangerschaft bringen.

    Diese Erkenntnisse werden uns helfen die Wirkung von APAP besser zu verstehen und Auswir- kungen für Mutter und Kind abzuschätzen. Daraus werden wir eine Handlungsempfehlung für Schwangere und das betreuende medizinische Personal ableiten.

  • Das hepatozelluläre Karzinom /HCC) gehört zu den am schlechtesten therapierbaren Tumoren. Grund hierfür ist die reiche Ausstattung der Tumorzellen mit Faktoren, die vor endogenen Abwehrmechanismen, aber auch von durch Therapie ausgelöster Apoptose schützen. So weisen Tumore zum Beispiel sehr unterschiedliche Genexpressionsprofile auf.

    Wir haben tumorspezifische Expressionsprofile analysiert und potentielle Schutzgene identifiziert. In unseren Experimenten sollen diese nun spezifisch gehemmt und der Einfluss dieser potenziellen Schutzgene auf das Überleben von Tumorzellen untersucht werden. Besonders untersuchen wir Gene, welche durch Hämoxygenase-1 hoch reguliert werden. Dieses Enzym, Hämoxygenase-1, wird in verschiedenen Tumoren, so auch im HCC über-exprimiert. Bei dem enzymatischen Abbau von Häm durch Hämoxygenase entsteht unter anderem Kohlenmonoxid, welches Zellen von Apoptose schützt und somit im Tumor für einen Zellüberlebensvorteil sorgt.

    Wir untersuchen, ob die Hemmung der potentiellen Schutzgene in vitro Apoptose in Hepatomzellen auslöst. Der Knockdown geschieht zunächst durch Transfektion von small interfering RNA (siRNA). Anschließend sollen, im Hinblick auf die Therapie, short hairpin RNA (sbRNA) von Genen, deren Knockdown Apoptose in Tumorzellen auslösen konnte, in onkolytische Vaccinia Viren kloniert werden. Diese, auf dem Virus JX-594 basierenden Vektoren sind in der Lage, genetische Informationen selektiv in Tumorzellen zu exprimieren und werden bereits in klinischen Studien zu anderen Fragestellungen eingesetzt. Nach Überprüfung des erfolgreichen Knockdowns in vitro werden die Viren zur HCC Therapie in vivo verwendet. Uns stehen hierfür Kurzzeit-Tumormodelle in der Maus zur Verfügung und, als Langzeit-Tumormodell, das der Situation im Menschen sehr ähnliche Mdr2ko Mausmodell, bei welchem innerhalb eines Jahres über den Weg der chronischen Entzündung und Fibrose, HCC entstehen.

  • Eine Dysregulation des immunsystems kann zu chronischen Entzündungen führen, die ursächlich sind für Autoimmunerkrankungen und Krebs. Unter Autoimmunhepatitis (AIH) versteht man den Verlust der Immuntoleranz gegen leberspezifische Selbstantigene. Die daran beteiligten immunvermittelten Prozesse sind nur unvollständig verstanden und führen letztendlich zum chronischen Leberschaden.

    Wir möchten die zelluläten und molekularen Mechanismen verstehen, die an der Pathogenese einer AIH beteiligt sind, um neue therapeutische Strategien entwickeln zu können. Unter Verwendung von Techniken wie Mausmodelle, durchflusszytometrische Analysen und Genexpressionsanalysen haben wir kürzlich Gruppe 2 innate lymphoid cells (ILC2) als eine neue Effektorzellpopulation der angeborenen Immunantwort identifiziert, welche die Leberentzündung im Verlauf einer immun-vermittelten Leberschädigung verstärkt. Unser Ziel ist die Identifizierung der Mechanismen, durch die hepatische ILC2s während der Erkrankung reguliert werden, um eine selektive therapeutische Beeinflussung von ILC2-vermittelten Immunantworten zu ermöglichen.

  • Entzündungsreaktionen werden initiiert, wenn Gewebe durch Infketionen oder physikalische Einflüsse geschädigt werden, wenn es lokal und systemisch zu Stoffwechselveränderungen
    kommt, oder wenn Zellen unangemessen proliferieren. Zusätzlich zu ihrer gewebeschädigenden Rolle dienen Entzündungsreaktionen dazu, nach Entfernen oder Abkapseln von nicht funktionsfähigem Gewebe die ursprüngliche Funktion des Organs/Gewebebereichs durch Wundheilung wieder herzustellen. Dabei ist es überaus wichtig, dass das Gleichgewicht zwischen Entzündungsreaktion und Wundheilung erhalten bleibt, denn überschießende Entzündungsreaktionen, aber auch eine ungebremste Wundheilung kann zur Entstehung von akuten und chronisch entzündlichen Erkrankungen führen, wie Autoimmunerkrankungen, oder aber auch zur Fibrosierung eines Organs. Beide Reaktionen können den Funktionsverlust des
    Organs zur Folge haben,und in einem gesunden Organismus sind Entzündung und Wundheilung normalerweise sich selbst limitierende Prozesse.

    Immunreaktionen und Entzündungsreaktionen in der Leber stehen im Zentrum unseres Forschungsinteresses, da sie als Indikatoren und Regulatoren in der metabolischen Homöostase, der Entwicklung von Autoimmunerkrankungen, und inadequater Fibrosierung eine herausragende Rolle spielen. Sowohl Autoimmunreaktionen, als auch die Fibrosierung, entstehen durch unkontrollierte akute bzw. chronische Entzündungsreaktionen und können zum Funktionsverlust der Leber führen. Im Fall der Leberfibrose kommt es durch die Fibrosierung zu einem bindegewebigen Umbau des Parenchyms, und häufig in Spätstadien der Erkrankung auch zur Tumorentstehung.

    Unsere Forschung beschäftigt sich mit der Untersuchung der Funktion von Adhäsionsmolekülen, die an der Regulation des vaskulären Remodellings und von Entzündungsreaktionen beteiligt sind.

    Das homotypische Zelladhäsionsmolekül carcinoembryonic antigen cell adhesion molecule 1 (CEACAM1) ist an der Schnittfläche von Entzündugnsreaktionen auf Endothelien und Leukozyten exprimiert, und ebenso auf Epithelien des Verdauungstrakts und parenchymalen Leberzellen. CEACAM1 ist ein schlüsselregulator der vaskulären Permeabilität und des funktionellen
    Gefäßwachstums, und seine Expression auf myleoiden Zellen kontrolliert das Ausmaß von Entzündungsreaktionen nach Gefäßverschlüssen, oxidativem Gefäßschaden und reguliert die Gefäßstabilisierung während des Tumorwachstums. Des Weiteren ist CEACAM1 ein Immunglobulin, welches intrazellulär über ein ITIM verfügt, über welches die Effektorfunktion und die Zytotoxizität von Lymphozyten (NK und NKT Zellen) limitiert werden. Für die Interaktion zwischen Immunzellen oder zwischen Immunzellen und dem Endothel oder dem Epithel ist ein
    homotypischer Kontakt von CEACAM1-Molekülen auf verschiedenen Zellen erforderlich.

    In der Leber ist CEACAM1 auf der apikalen Oberfläche von Hepatozyten exprimiert, und auf zahlreichen intrahepatischen Leukozytenpopulationen. CEACAM1 ist ein Cholestasemarker für humane Gallengangserkrankungen, und ist in entzündlichen Erkrankungen auf LSECs und Leukozyten herauf reguliert. Die Expression von CEACAM1 auf intrahepatischen Lymphozyten führt dazu, dass eine durch Concanavalin A (ConA) ausgelöste Hepatitis in Mäusen, die über CEACAM1 verfügen, weniger schwerweigend abläuft als bei Tieren, in denen das CEACAM1-Gen deletiert wurde (siehe Projekt B1 des SFB841). Dieses zeigt, dass CEACAM1 bei der immunvermittelten Leberschädigung eine zentrale Rolle spielt. Basierend auf diesen Befunden untersuchen wir daher auch die Bedeutung von CEACAM1 bei der Leberregeneration und cholestatischen Lebererkrankungen im Mausmodell. Insbesondere charakterisieren wir hierbei das regenerative und anti-inflammatorische Potenzial von CEACAM1-exprimierenden und CEACAM1-negativen Immunzellen und Sinusoiden für den Verlauf der untersuchten Erkrankungen, auch unter Berücksichtigung der regulativen Rolle von CEACAM1 für den Zellstoffwechsel. Um die präklinische Anwendbarkeit von CEACAM1-spezifischen Reagenzien zu testen, werden in unseren Tiermodellen CEACAM1-spezifische Antikörper entwickelt und auf ihre diagnostische Praktikabilität und therapeutische Applikation getestet.