Wie Abwehrzellen scharf geschaltet werden

Neues aus der Forschung

Meldung vom 01.08.2018

HZI-Forscher haben die Ausbildung von immunologischen Synapsen untersucht, über die Immunzellen Informationen miteinander austauschen


180806-1605_medium.jpg
Anastasios Siokis, Philippe A. Robert, Philippos Demetriou, Michael L. Dustin, Michael Meyer-Hermann
F-actin driven CD28-CD80 localization in the Immune Synapse
Cell Reports, 2018
DOI: 10.1016/j.celrep.2018.06.114

 
T-Zellen (rot) und B-Zellen (blau) bilden an ihren Kontaktstellen immunologische Synapsen (grün).

Das Immunsystem schützt den menschlichen Körper vor Krankheitserregern und hält ihn so gesund. Dazu müssen die Immunzellen jedoch Eindringlinge auch als solche erkennen und als gefährlich oder harmlos einstufen können. Diese Aufgaben teilen sich verschiedene Zelltypen: Hat eine Immunzelle einen Fremdkörper entdeckt, präsentiert sie diesen einer anderen Abwehrzelle. Die beiden Zellen bilden an ihrer Kontaktfläche eine charakteristische ringförmige Struktur, die immunologische Synapse, über die sie Informationen austauschen. Sitzen alle Bausteine dieser Synapse an der richtigen Stelle, führt das zur Aktivierung der Abwehrzelle. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) und des Braunschweig Integrated Centre of Systems Biology (BRICS) haben in Zusammenarbeit mit Forschern an der University of Oxford (UK) nun die dynamische Anordnung dieser Bausteine am Computer simuliert und konnten so auf die zugrundeliegenden Mechanismen schließen, wie funktionale Synapsen entstehen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachjournal Cell Reports. Das BRICS ist eine gemeinsame Einrichtung des HZI und der Technischen Universität Braunschweig.


 
Computer-Simulation einer immunologischen Synapse im Querschnitt der Kontaktfläche mit der charakteristischen Ringstruktur aus verschiedenen Proteinen.

Das menschliche Immunsystem ist eine fein ausbalancierte Abwehrmaschinerie, die den Körper vor Krankheitserregern schützt. Verschiedene Immunzellen sind daher ständig auf der Suche nach Fremdmolekülen, die auf einen Krankheitserreger hinweisen, den es zu bekämpfen gilt. Stößt eine dieser Zellen auf einen Fremdkörper, baut sie Teile davon in ihre Oberfläche ein und präsentiert sie anderen Abwehrzellen, den T-Zellen. Dieser Zelltyp ist dafür zuständig, die präsentierten Teile – sogenannte Antigene – als gefährlich oder harmlos einzustufen und bei Bedarf gegen sie vorzugehen. Dazu treten die T-Zellen mit den Antigen-präsentierenden Immunzellen in Kontakt und lesen deren Oberfläche aus. An der Kontaktstelle bilden die beiden Zellen eine ringförmige Struktur aus verschiedenen Proteinen, die immunologische Synapse, über die sie ihre Informationen austauschen. Am Ende dieses Vorgangs wird die T-Zelle entweder aktiviert oder bleibt inaktiv.

Die T-Zelle nimmt Kontakt mit einer Antigen-präsentierenden Zelle mithilfe spezialisierter Adhäsionsmoleküle auf, die zunächst zufällig auf der Zelloberfläche verteilt sind. Das leichte Zusammenkleben der beiden Zelloberflächen ermöglicht die Bindung von Rezeptoren der T-Zelle für die krankheitserregenden Antigene. „Die Entscheidung, ob die T-Zelle aktiviert wird oder nicht, hängt von der Anzahl der erkannten Antigen-Moleküle ab. Die Ausbildung einer vollständig strukturierten Synapse an der Kontaktfläche beeinflusst die Aktivierung“, sagt Anastasios Siokis, Wissenschaftler der HZI-Abteilung „System-Immunologie“ von Prof. Michael Meyer-Hermann, die am Systembiologiezentrum BRICS angesiedelt ist. Bei einer korrekt ausgebildeten immunologischen Synapse konzentrieren sich die Rezeptormoleküle im Zentrum, während sich andere Oberflächenproteine in zwei Ringen darum anordnen.

Wie genau die verschiedenen Moleküle an ihren Platz in der Synapse gelangen, ist bislang nicht vollständig bekannt. „Wir wollten wissen, wie immunologische Synapsen geformt werden“, sagt Anastasios Siokis. „Experimentelle Daten konnten bislang nur zeigen, dass die Antigen-Rezeptoren der T-Zelle von dem Zell-Gerüstprotein Aktin ins Synapsenzentrum transportiert werden. Für die anderen Moleküle ließ sich das aber nicht nachweisen.“ Im Rahmen eines von Meyer-Hermann koordinierten und vom Human Frontier Science Program (HFSP) geförderten Projekts (RGP0033/2015) nutzten die BRICS-Forscher Daten aus Laborexperimenten, die Kooperationspartner der University of Oxford (Großbritannien) im Labor von Michael L. Dustin durchgeführt haben, um die Ausbildung der Synapsen am Computer zu modellieren. Dazu haben sie unterschiedliche Bedingungen und Einflussfaktoren simuliert und konnten zeigen, dass sich die verschiedenen Moleküle in ihrer Anordnung gegenseitig beeinflussen, obwohl sie nicht direkt miteinander interagieren.



„Ein Grund dafür ist die Größe der Zelloberflächenmoleküle: Die Antigen-Rezeptoren sind klein und werden von den großen Adhäsionsmolekülen abgestoßen. Sie organisieren sich in kleinen Clustern, die von Aktin in Richtung des Zentrums der Synapse transportiert werden. Dort blockieren sie den Platz für die anderen Oberflächenmoleküle“, sagt Siokis. „Ein weiteres Molekül, das für die Aktivierung der T-Zelle gebraucht wird, ist ebenfalls klein und bildet einen Ring um die Rezeptoren im Zentrum. Die großen Adhäsionsmoleküle lagern sich in einem äußeren Ring darum an. Das Ringmuster ist also das Ergebnis von mechanischen Kräften in der Zellmembran, die die Moleküle in der Synapse nach der Größe sortiert.“ Die Computer-Simulationen zeigen jedoch, dass sich ohne zusätzliche Krafteinwirkung die Moleküle der beiden inneren Ringe mischen – was allerdings den experimentellen Daten widersprach. „Vergleichende Modellrechnungen ergaben, dass kleine Oberflächenproteine nur unter dem Einfluss von Aktin vollständig in den inneren Ring der Synapse gelangen konnten“, sagt Philippe Robert, ebenfalls Wissenschaftler in der Abteilung „System-Immunologie“. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass nicht nur die Antigen-Rezeptoren an Aktin gekoppelt sind, sondern auch die anderen beteiligten Moleküle, allerdings mit jeweils unterschiedlicher Kopplungsstärke.“

Medizinisch betrachtet sind diese Resultate für die Behandlung einer fehlerhaften T-Zell-Aktivität von Bedeutung. „Die Kenntnis der Mechanismen, die der Ausbildung einer funktionalen immunologischen Synapse zugrunde liegen, ermöglicht es, potenzielle Zielmoleküle für Medikamente zu identifizieren“, sagt Michael Meyer-Hermann. Auf diese Weise könne die Aktivierung von T-Zellen forciert oder gebremst werden, was zu einer verbesserten Bekämpfung von akuten oder chronischen Infektionen, zu größeren Impferfolgen oder zur Verhinderung von Autoimmunerkrankungen eingesetzt werden könnte.


Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw


News der letzten 7 Tage

www.biologie-seite.de 14 Meldungen

Meldung vom 26.06.2019

Kein Platz für Wölfe

Wölfe lösen beim Menschen gleichermaßen Angst und Faszination aus. Das Raubtier wird bei Nutztierhaltern, J ...

Meldung vom 25.06.2019

Studie: Spinat-Extrakt führt zu Leistungssteigerungen im Sport

Ein Extrakt aus Spinat kann einer internationalen Studie unter Beteiligung der Freien Universität Berlin zufo ...

Meldung vom 25.06.2019

Forscher der Humboldt-Universität entschlüsseln, wie Blütenpflanzen ihren Stoffwechsel drosseln

Artikel im Wissenschaftsjournal eLife erschienen.

Meldung vom 25.06.2019

Upcycling in Symbiose: Von „minderwertigen“ Substanzen zu Biomasse

Forschende entdecken den ersten bekannten schwefeloxidierenden Symbionten, der rein heterotroph lebt.

Meldung vom 25.06.2019

Nicht nur der Wind zeigt den Weg

Wenn der südafrikanische Dungkäfer seine Dungkugel vor sich her rollt, muss er den Weg möglichst präzise k ...

Meldung vom 25.06.2019

Rätsel um Ursprung der europäischen Kartoffel gelöst

Woher stammt die europäische Kartoffel? Pflanzen, die im 19. Jahrhundert auf einer Expedition des britischen ...

Meldung vom 24.06.2019

Molekulare Schere stabilisiert das Zell-Zytoskelett

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI in Villigen haben erstmals die Struktur wichtiger Enzyme in menschl ...

Meldung vom 24.06.2019

Solarium für Hühner - Wie sich der Vitamin-D-Gehalt von Eiern erhöhen lässt

Viele Menschen leiden unter einem Vitamin-D-Mangel. Das kann brüchige Knochen und ein erhöhtes Risiko für A ...

Meldung vom 21.06.2019

Genom der Weisstanne entschlüsselt: Baumart für den Wald der Zukunft

Die Weisstanne ist eine wichtige Baumart im Hinblick auf den Klimawandel. Um sie besser erforschen zu können, ...

Meldung vom 21.06.2019

Künstliche Intelligenz lernt Nervenzellen am Aussehen zu erkennen

st es möglich, das Gehirn zu verstehen? Noch ist die Wissenschaft weit von einer Antwort auf diese Frage entf ...

Meldung vom 21.06.2019

Pilz produziert hochwirksames Tensid

Forschungsteam der Friedrich-Schiller-Universität Jena entdeckt im Bodenpilz Mortierella alpina eine bisher u ...

Meldung vom 20.06.2019

Zufall oder Masterplan

Gemeinsame Pressemitteilung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und des Max-Planck-Instituts für Ev ...

Meldung vom 20.06.2019

Systeme stabil halten

Sowohl die Natur als auch die Technik sind auf integrierende Feedback-Mechanismen angewiesen. Sie sorgen dafü ...

Meldung vom 19.06.2019

Wie sich Bakterien gegen Plasmabehandlung schützen

Angesichts von immer mehr Bakterien, die gegen Antibiotika resistent werden, setzt die Medizin unter anderem a ...


21.05.2019
Namenlose Fliegen
03.05.2019
Eine Frage der Zeit
24.04.2019
Kraftwerk ohne DNA

06.03.2019
Bindung mit Folgen
16.01.2019
Plötzlich gealtert

19.12.2018
Baum der Schrecken
07.11.2018
Plastik im Fisch
28.09.2018
Gestresste Pflanzen

13.08.2018
Wie Vögel lernen

15.06.2018
Primaten in Gefahr
24.05.2018
Störche im Aufwind
06.08.2018
Kenne Deinen Fisch!
06.08.2018
Leben ohne Altern
06.08.2018
Lebensraum Käse
06.08.2018
Domino im Urwald
06.08.2018
Trend-Hobby Imker
06.08.2018
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung