Die blasenbildende Hauterkrankung Pemphigus foliaceus (PF) ist durch Bildung von Autoantikörpern gegen Desmoglein 1 (Dsg 1), ein desmosomales Adhäsionsprotein der Cadherin-Familie, bedingt. Die Charakterisierung der molekularen Bindungseigenschaften desmosomaler Cadherine ist daher von besonderer klinischer Bedeutung. Zur Untersuchung der Adhäsionsstärke und Ca2+-Abhängigkeit der Dsg 1-Bindung diente ein Fusionsprotein aus den extrazellulären Domänen von Dsg 1 und dem Fc-Teil eines humanen IgG (Dsg 1-Fc). Einzelmolekül-Kraftmessungen mit dem Atomkraftmikroskop (AFM) zeigten, dass die Stärke der homophilen Dsg 1-Bindung mit Abrisskräften von ~ 37-68 pN (bei Zuggeschwindigkeiten von 300 6000 nm/s) in etwa denen anderer Cadherine entspricht. Bei höheren Zuggeschwindigkeiten und konstanter Interaktionszeit traten vermehrt Bindungsereignisse mit einem Vielfachen dieser ermittelten Kräfte auf. Das Abrissmuster der gemessenen Interaktionen deutet darauf hin, dass Mehrfachbindungen vorliegen. Zusätzliche Ergebnisse aus Messungen eines einzelnen transinteragierenden Moleküls bekräftigen die Vermutung, dass die Dsg 1-Moleküle sich mit mehreren Abschnitten überlappen und dass daraus multiple Abrissereignisse resultieren.
Die Untersuchungen der Ca2+-Abhängigkeit der homophilen Dsg 1-Bindung mit dem AFM ergaben eine KD von 0,79 mM Ca2+ mit hoher Kooperativität (Hill Koeffizient > 4,0). Dagegen zeigten Messungen mit der Laserpinzette, bei denen die Anzahl der gebundenen mit Dsg 1 beschichteten Mikroperlen auf humanen Keratinozyten (HaCaT) bestimmt werden, eine deutlich höhere KD (1,6 mM Ca2+) bei vergleichbarer Kooperativität. Der Unterschied zu den AFM-Ergebnissen ist möglicherweise auf Effekte der multivalenten Bindungen oder auf heterophile Interaktionen von Dsg 1 mit anderen Desmocadherinen auf der Oberfläche der HaCaT-Zellen zurückzuführen.
Für die Entstehung von Hautblasen durch Dsg 1-Autoantikörper werden derzeit zwei Theorien diskutiert. Die eine geht davon aus, dass durch direkte sterische Blockierung der Dsg 1-vermittelten Adhäsion die Epithelzellen dissoziieren mit nachfolgender Blasenbildung. Die zweite Theorie postuliert, dass durch die Bindung von Autoantikörpern an den extrazellulären Abschnitt von Dsg 1 Signalwege in der Zelle ausgelöst werden, die zu Adhäsionsverlust und Blasenbildung führen.
Durch AFM und Laserpinzette wurde der Einfluss von Dsg 1-Autoantikörpern auf die durch Dsg 1 vermittelte Adhäsion untersucht. AFM-Messungen ergaben, dass PF-IgG-Fraktionen aus Seren von PF-Patienten die Dsg 1-Adhäsion nicht reduzierten. Wohingegen die Dsg 1-vermittelte Bindung durch einen inhibitorischen monoklonalen Antikörper gegen die externe Domäne von Dsg 1 gehemmt wurde.
Dagegen zeigten Laserpinzetten-Experimente an Zellkulturen, die mit Antikörpern inkubiert wurden, dass nicht nur der inhibitorische monoklonale Antikörper, sondern auch die PF-IgG-Fraktionen die Dsg 1-Bindung an endogenes Dsg 1 auf der Oberfläche der kultivierten Keratinozyten hemmten. Um zu untersuchen, ob für diese Hemmung der Dsg 1-Bindung zellabhängige Signalwege verantwortlich waren, wurden Mikroperlen bzw. Zellen mit PF-IgG vorinkubiert. Präinkubation der Keratinozyten mit PF-IgG führte zu einer starken Reduktion der Dsg 1-Adhäsion, Präinkubation der Mikroperlen mit PF-IgG hemmte die Bindung dagegen nicht.
Inkubationen von HaCaT-Kulturen mit PF-IgG (24 h) führten zu interzellulärer Lückenbildung in HaCaT-Kulturen. Die Lücken wurden von dünnen zytoplasmatischen Ausläufern überspannt, in denen Dsg 3 und das zytoskeletale Adapterprotein Plakoglobin nachweisbar waren. Die Dsg 1-Immunfärbung der Keratinozyten war nach PF-IgG-Inkubation insgesamt stark verringert. Diese durch PF-IgG verursachte Dissoziation der HaCaT-Zellen konnte durch Immunabsorption des Serums mit Dsg 1-beschichteten Mikroperlen verhindert werden. Inkubationen der HaCaT-Kulturen mit dem monoklonalen Dsg 1-Antikörper (24 h) lösten keine Lückenbildung aus.
Diese Experimente zeigen, dass PF-IgG die Dissoziation von Keratinozyten und die Reduktion der durch Dsg 1 vermittelten Adhäsion nicht direkt sterisch durch Blockierung der Bindung bewirkt. Dagegen scheinen durch Autoantikörper-Bindung ausgelöste zellabhängige Signalwege zu einer Reduktion der Zell-Zell-Haftung und zur Ausbildung des Pemphigus foliaceus-Phänotyps zu führen.
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