Interactions of glycoconjugates from the parasitic trematode Schistosoma mansoni with C-type lectins

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2007

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-10072

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In der vorliegenden Arbeit wurden die Interaktionen von Glykokonjugaten, hauptsächlich Glykolipiden, des Humanparasiten Schistosoma mansoni mit den humanen C-typ Lektinen DC-SIGN (dendritic cell-specific ICAM-3 grabbing nonintegrin) und L-SIGN (liver/lymph node specific ICAM-3-grabbing nonintegrin) untersucht. Da DC-SIGN bereits im frühen Stadium der Infektion als Pathogenrezeptor fungiert, wurden Glykolipide aus S. mansoni Cercarien, den humaninfektiösen Larven, isoliert und deren Kohlenhydratanteile enzymatisch freigesetzt. Nach Auftrennung dieser Glykane durch verschiedene HPLC Techniken wurden die resultierenden Fraktionen mittels MALDI-TOF-MS charakterisiert. Aus Glykanen, die das Lewis X [Galbeta1-4(Fucalpha1-3)GlcNAc] oder das pseudo-Lewis Y Epitop [Fucalpha1-3Galbeta1-4[Fucalpha1-3]GlcNAcbeta-] tragen, wurden Neoglykolipide durch reduktive Aminierung an einen Lipidanker synthetisiert. Verschiedene Bindungsstudien mit rekombinantem, chimärem DC-SIGN-Fc und humanen dendritischen Zellen (DCs) zeigten, dass diese beiden Kohlenhydratepitope von DC-SIGN gebunden werden. Somit ist das schistosomenspezifische pseudo Lewis Y Motiv der erste pathogenspezifische Ligand welcher für DC-SIGN entdeckt wurde. Durch molekulares Modellieren konnte gezeigt werden, dass zur Bindung von pseudo Lewis Y die Orientierung der Seitenkette der Aminosäure Phe313 in der secondary binding site von DC-SIGN leicht geändert werden musste, was jedoch in einer energetisch optimalen Bindung von Phe313 mit der hydrophobe Seite der an die Galaktose gebundenen Fucose des pseudo-Lewis Y resultierte. Daher wurde postuliert, dass Pathogene wie S. mansoni diese, auch von anderen Autoren beobachtete Flexibilität in der secondary binding site von DC-SIGN, nutzen, um mit DCs zu interagieren, was zur Immunmodulation beitragen könnte. Des Weiteren konnte das Vorkommen von Lewis X und pseudo-Lewis Y Epitopen auf Glykolipiden, welche aus den exkretorischen/sekretorischen (E/S)- Produkten von Cercarien gewonnen wurden, aufgezeigt werden, was die Rolle dieser beiden Epitope in der Immunmodulation durch S. mansoni unterstreicht. L-SIGN, das zweite untersuchte humane C-Typ Lektin, fungiert als Antigenrezeptor auf humanen sinusoidalen Endothelzellen der Leber (liver sinusoidal endothelial cells; LSECs). Da insbesondere die Eier von S. mansoni stark immunogen und ein Hauptauslöser der Th2 Immunantwort sind, interessierte uns, in wiefern deren Kohlenhydrate, vorliegend als Glykoproteine oder Glykolipide, in der schistosomenspezifischen Immunantwort beteiligt sind, und welche Kohlenhydratepitope von L-SIGN gebunden werden. Die gewonnenen Daten belegen, dass L-SIGN sowohl Glykoproteine aus löslichen Eiantigenen (SEA, soluble egg antigens) als auch Glykolipide aus Eiern bindet. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass von L-SIGN gebundenes SEA auch in die Zelle internalisiert wird. Nach Behandlung von SEA mit Endoglykosidase H, welche oligomannosidische N-Glykane ( high-mannose type ) abspaltet, waren jedoch keine Bindung an L-SIGN und folglich keine Internalisierung von SEA in L-SIGN- exprimierenden Zellen mehr beobachtbar. Im Gegensatz dazu wurde durch Flusssäure (HF) defucosyliertes SEA weiterhin von L-SIGN exprimierenden Zellen gebunden und vergleichbar schnell wie unbehandeltes SEA in diese Zellen internalisiert. Demzufolge bindet L-SIGN SEA nicht über ein fucosyliertes Epitop, sondern über oligomannosidische N-Glykane. Parallel zu den Glykoproteinen aus SEA wurden auch Glykolipide aus S. mansoni Eiern auf ihre Ligandenspezifität zu L-SIGN untersucht. Dazu wurden Glykolipide aus Eiern isoliert und über Kieselgelsäulen chromatographisch aufgetrennt. Die resultierenden Glykolipidfraktionen wurden in Bindungsstudien mit L SIGN-exprimierenden Zellen eingesetzt. Diese führten zu dem Ergebnis, dass L SIGN nur eine Glykolipidfraktion bindet. Diese enthält zahlreiche fucosylierte Spezies mit der massenspektrometrisch bestimmten allgemeinen Zusammensetzung Hex1HexNAc5& #8722;7dHex3& #8722;6Cer. Mit dieser Glykolipidfraktion durchgeführte Methylierungsanalysen zur Klärung der Kohlenhydratverknüpfungspositionen sowie Tandem Massenspektrometrie und molekulares Modellieren zeigten, dass die Bindung von L-SIGN zu dieser Glykolipidfraktion am nicht reduzierenden Ende der Kohlenhydratkette das F-LDN-F Tetrasaccharid [Fucalpha1-3GalNAcbeta1-4(Fucalpha1-3)GlcNAc] als minimalen Liganden benötigt. Die L-SIGN gain of function Mutante Ser363Val, welche auch fucosylierte Lewis Antigen erkennt, bindet jedoch diese F-LDN-F enthaltene Glykolipidfraktion nicht. Dies führte zu der Vermutung, dass L-SIGN über verschiedene Bindungsmodi für Fucosen in Ei Glykolipiden (F-LDN-F) und Fucosen in Lewis Antigenen verfügen muss. Zusammengefasst zeigen diese Daten zu L-SIGN, dass dieses Lektin sowohl oligomannosidische N-Glykane als auch fucosylierte Kohlenhydratepitope innerhalb der Schistosomen Eiantigene erkennt. Dies zeigt, dass L-SIGN zwar ein breites, aber zugleich auch ein kohlenhydratepitopspezifisches Ligandenprofil besitzt. Es ist bemerkenswert, dass zwei biochemisch so ähnliche und hoch konservierte C-Typ Lektine wie DC-SIGN und L-SIGN dennoch in ihrer Ligandenspezifität variieren, welches in dieser Arbeit aufgezeigt werden konnte. Weitere Studien sind nötig, um die Funktionen dieser beiden Lektine innerhalb der vielfältigen Möglichkeiten, wie parasitische Glykane die Immunantwort des Wirtes beeinflussen können, aufzuklären.

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