Nederlandse samenvatting
157
Inleiding Het immuunsysteem (afweersysteem) is een systeem in het lichaam dat werkt om infecties en ziekten af te weren. Het Latijnse woord immunis betekent ‘vrijgesteld’, een term die verwijst naar de bescherming tegen indringers van buiten. Naast het afweren van virussen, bacteriën en parasieten (ook wel pathogenen genoemd) is het immuunsysteem ook in staat zieke lichaamscellen zoals kankercellen op te ruimen. Witte bloedcellen spelen een centrale rol in het immuunsysteem. Deze produceren antistoffen die binden aan de indringers, of functioneren als aaseters door bijvoorbeeld bacteriën en dode cellen op te ruimen. De samenwerking tussen verschillende soorten immuuncellen tijdens een immuunreactie zorgt ervoor dat pathogenen en ‘zieke’ lichaamscellen aangevallen en verwijderd worden. Immuuncellen worden aangezet (geactiveerd) zodra bepaalde eiwitten op de celoppervlakte (receptoren) binden aan pathogenen, geïnfecteerde cellen of kankercellen. Deze stimulerende (activerende) receptoren geven een seintje aan de immuuncel dat er gevaar aanwezig is. Dit signaal wordt via de receptor van buiten de cel naar binnen doorgegeven (signaal-transductie), wat zorgt voor activatie van de immuuncel en uiteindelijk eliminatie van ‘het gevaar’. Echter, voor het adequaat functioneren van het immuunsysteem is niet alleen activatie van immuuncellen belangrijk, maar ook de remming daarvan. Wanneer cellen in het immuunsysteem te veel of op het verkeerde moment worden geactiveerd, kan de immuuncel het eigen gezonde lichaam aanvallen en beschadigen (auto-immuunziekte). Voorbeelden van dergelijke auto-immuunziekten zijn: diabetes mellitus (suikerziekte) en reumatoïde artritis. Om deze ongewenste aanvallen te voorkomen bevatten immuuncellen remmende (inhibitoire) receptoren op het celoppervlak. Deze inhibitoire receptoren kunnen binden aan lichaamseigen eiwitten aanwezig op andere cellen/weefsels (een ligand), en zo voorkomen dat immuuncellen geactiveerd worden door ongevaarlijke lichaamseigen cellen/weefsels. Dat doen deze receptoren door het signaal van activerende receptoren te verstoren, waardoor immuuncellen niet (of minder) geactiveerd worden. Activerende en inhibitoire receptoren zijn tegelijk aanwezig op de oppervlakte van immuuncellen en kunnen ook simultaan signalen geven; de balans tussen beide receptoren (activatie versus inhibitie) bepaalt wat de immuuncel zal doen: aanvallen of toekijken. Dit proefschrift Onze kennis van inhibitoire receptoren is beperkt. Tijdens de start van het hier beschreven promotie onderzoek waren veel inhibitoire receptoren geïdentificeerd maar was de functie van veel van deze moleculen onbekend. Een van deze receptoren is LAIR1 (Leukocyte-associated Ig-like receptor)-1. LAIR-1 is een menselijke (humane) inhibitoire receptor welke voorkomt op de meeste immuuncellen in het bloed. Voorafgaande studies hebben aangetoond dat LAIR-1 immuuncellen kan remmen (samengevat in hoofdstuk 1). Echter, aangezien het ligand van de receptor onbekend was en geen homologen in andere organismen beschreven waren, was het lastig de exacte rol van de receptor in regulatie van
158
Nederlandse samenvatting het immuunsysteem te bepalen. De doelstelling van dit promotieonderzoek was de biologie van LAIR-1 verder op te helderen, met de nadruk op het identificeren van de homologen en liganden. In hoofdstuk 2 beschrijven we de ontdekking van een muis familielid (homoloog) van LAIR-1. Net als humaan LAIR-1, bevindt muis LAIR-1 zich op immuuncellen en is in staat immuuncellen te remmen. Het heeft een vergelijkbare signaal-transductie route als humaan LAIR-1, hoewel enkele verschillen op te merken zijn. Naast een homoloog in de muis bevat ook de rat een LAIR-1 receptor, wat beschreven staat in hoofdstuk 3. De identificatie van muis en rat homologen maken het mogelijk de biologie van LAIR-1 te bestuderen in de “modeldieren” rat en muis. Deze dieren staan model voor de mens, aangezien ze in biologisch opzicht erg op elkaar lijken; in veel gevallen werken muis/rat receptoren hetzelfde als de humane familieleden. Het bestuderen van homologen in deze dieren kan daardoor informatie verschaffen over de rol van de receptor in regulatie van humane immuunreacties. Echter, om muis/rat LAIR-1 als model te kunnen gebruiken, is het belangrijk in kaart te brengen of de receptoren ook daadwerkelijk dezelfde eigenschappen hebben. In hoofdstuk 7 vergelijken we daarom muis LAIR-1 en humaan LAIR-1 in meer detail. Zoals verwacht hebben beide receptoren vergelijkbare eigenschappen: ze zien er gelijk uit, ze worden door dezelfde immuuncellen aangemaakt, ze werken beiden inhiberend en hun aanmaak wordt op gelijke wijze gereguleerd. Muis LAIR-1 kan daarom goed als model gebruikt worden om de functie van de receptor te doorgronden met behulp van muizen studies. Hoewel eerdere experimenten uitwezen dat LAIR-1 functioneert als inhibitoire receptor, was het ligand van de receptor nog onbekend. In hoofdstuk 4 beschrijven we de identificatie van collageen als ligand voor LAIR-1. Collageen moleculen zijn grote moleculen die zeer veel in het lichaam voorkomen, ~25 tot 50 % van al het eiwit in het menselijke lichaam is collageen. Deze moleculen vormen een belangrijk onderdeel van bindweefsel, bot en bloedvaten. Daarnaast is collageen onmisbaar voor de bloedstolling. Collageen moleculen zijn celoppervlak gebonden of worden uitgescheiden door cellen. LAIR-1 kan aan beide typen collageen binden, wat resulteert in remming van de immuuncel waarop LAIR-1 aanwezig is. Daarnaast hebben we laten zien dat LAIR-1 specifiek bindt aan een gebied op het eiwit dat enkel in collageen voorkomt. Daarom verwachten we dat LAIR-1 aan elk eiwit kan binden dat dergelijke ‘collageen-domeinen’ bevat. Om dit verder te bestuderen hebben we in hoofdstuk 5 synthetische stukjes van collageen II en III gemaakt (peptiden), door deze moleculen in ~56 stukken te hakken. Vervolgens hebben we bekeken aan welke stukken LAIR-1 kan binden en aan welke niet, waardoor we nu weten wat de exacte plaats is waar LAIR-1 bindt op deze moleculen. Daarnaast heeft deze studie enkele interessante peptiden opgeleverd die zeer goed in staat zijn LAIR-1 aan te zetten en zo immuuncellen te remmen. Deze peptiden zijn waardevolle studiemiddelen om de functie van LAIR verder te onderzoeken in het
Nederlandse samenvatting
159
laboratorium, wat er in de toekomst misschien voor zorgt dat de peptiden gebruikt kunnen worden als medicatie om het immuunsysteem te remmen. Aangezien collageen zeer veel in ons lichaam voorkomt en LAIR-1 op het celoppervlak van bijna alle immuuncellen aanwezig is, is een strikte regulatie van de interactie tussen beide moleculen noodzakelijk om te voorkomen dat het immuunsysteem continue geremd wordt. Deze regulatie kan op verschillende niveaus plaatsvinden. De immuuncel kan bijvoorbeeld LAIR-1 van het celoppervlak weghalen, en zo de ‘rem’ opheffen. In hoofdstuk 8 beschrijven we de karakterisering van een oplosbare variant van LAIR-1 (LAIR-2), welke de remmende functie van LAIR-1 kan reguleren. LAIR-2 wordt uitgescheiden door cellen en is in staat de interactie tussen LAIR-1 en collageen te blokkeren. LAIR-2 doet dat door aan dezelfde collageen moleculen te binden als LAIR-1 Doordat de LAIR-1/collageen binding verbroken wordt door de concurrende binding van LAIR-2/collageen wordt de immuuncel niet meer geremd. Het gevolg is dat immuuncellen eerder geactiveerd raken en dus iets gevoeliger worden voor immuunactivatie. Conclusies In dit proefschrift beschrijven we de karakterisatie van muis en rat LAIR-1 en hebben we collageen als ligand voor deze receptor geïdentificeerd. Deze bevindingen leggen een basis om de exacte biologische rol van de receptor te bestuderen. LAIR-1 bindt aan verschillende collageen moleculen en de interactie resulteert in inhibitie van immuunresponsen. Naast LAIR-1 bindt ook LAIR-2 aan deze collageen moleculen en is derhalve in staat de interactie tussen LAIR-1 en collageen te blokkeren om zo inhibitie via LAIR-1 te reguleren. Om de functie van LAIR-1 en LAIR-2 volledig te begrijpen is verder onderzoek noodzakelijk. Dit vervolg onderzoek moet gericht zijn op de verdere karakterisering van de LAIR/collageen interactie, hetgeen wellicht de ontwikkeling van immuun-remmers mogelijk maakt. Verder dient de rol van de collageen/LAIR-1 interactie bestudeerd te worden in het ontstaan van kanker. De hier beschreven muis homoloog van LAIR-1 kan hierbij als model worden gebruikt. Tenslotte: inzicht in de functie van inhibitoire receptoren zal leiden tot een verbeterde kennis over de regulatie van het immuunsysteem en maakt wellicht ontwikkeling van specifieke therapeutica mogelijk.
