Menschliches Immunsystem

Medizin am Abend Berlin Fazit: Wächter des menschlichen Immunsystems enträtselt

Dendritische Zellen sind ein wichtiger Bestandteil des Immunsystems: 

Sie erkennen Eindringlinge, nehmen sie auf und lösen daraufhin eine vollständige Immunantwort aus. 

Ein Forscherteam unter Federführung des Universitätsklinikums Erlangen der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und des LIMES-Instituts der Universität Bonn haben nun grundlegende Erkenntnisse zu menschlichen dendritischen Zellen gewonnen, die in Zukunft auch zur Entwicklung neuartiger Immuntherapieansätze beitragen könnten. 

Die Ergebnisse sind jetzt im renommierten Fachmagazin „Science Immunology“ veröffentlicht worden. 

 Während dendritische Zellen des lymphatischen Systems überwiegend durch ihre Entwicklung geprägt sind, werden sie in der Lunge und der Haut vorwiegend durch gewebespezifische Faktoren beeinflusst.
© Carla Schaffer / AAAS
 

• Dendritische Zellen – ihren Namen verdanken sie den unzähligen Verzweigungen ihrer Oberfläche – besiedeln weite Teile des menschlichen Körpers, wo sie eine regelrechte Wächterrolle einnehmen. 

Erkennen sie einen Krankheitserreger, wird dieser in die Zelle aufgenommen und verarbeitet.

• Daraufhin setzt sich die dendritische Zelle in Bewegung, um in einem nahegelegenen Lymphknoten mit anderen Immunzellen – zum Beispiel T-Zellen – zu interagieren und erregerspezifische Immunantworten auszulösen. 

Somit nehmen dendritische Zellen eine ganz besondere Rolle im Gesamtgefüge des Immunsystems ein. In den letzten Jahren stellte sich heraus, dass dendritische Zellen in der Maus aus verschiedenen Untergruppen zusammengesetzt sind, die sich teils deutlich in ihrer Funktion und Verteilung im Körper unterscheiden. Über die entsprechende Situation im Menschen war bislang wenig bekannt.

Nun haben Dr. Gordon Heidkamp und Prof. Dr. Diana Dudziak vom Uni-Klinikum Erlangen erstmals eine Übersichtsarbeit angefertigt, in der dendritische Zellen systematisch in verschiedenen menschlichen Organen – Blut, Milz, Thymus, Mandeln, Knochenmark, Nabelschnurblut – mittels 16-Farben-Durchflusszytometrie charakterisiert wurden. Anhand dieser Fluoreszenz-basierten Methode war es möglich, die unterschiedlichen Immunzellen getrennt voneinander darzustellen, Häufigkeiten verschiedener Untergruppen von dendritischen Zellen zu ermitteln und wichtige Oberflächenproteine zu identifizieren. So konnten die Wissenschaftler zeigen, dass das Oberflächenprofil der jeweiligen Untergruppe von dendritischen Zellen in den verschiedenen Geweben konstant ist.

Zusätzlich ist es den Erlanger Wissenschaftlern gelungen, dendritische Zellen aus dem Gesamtgemenge an Zellen im menschlichen Blut, in der Milz und im Thymus zu isolieren und deren Erbinformation in Form von Ribonukleinsäure (RNA) zu untersuchen.

Medizin am Abend Berlin ZusatzFachLink: Berufskrankheiten  

,Die äußerst aufwendige Datenanalyse erfolgte in enger Kooperation mit Jil Sander und Prof. Dr. Joachim L. Schultze vom LIMES (Life and Medical Sciences) Institut der Universität Bonn. Die Bonner Kollegen konnten durch innovative Analysemethoden, zum Beispiel Cibersort Analyse, eindrucksvoll bestätigen, dass die jeweiligen Untergruppen der dendritischen Zellen ein sehr konstantes Profil zeigen, unabhängig davon, ob sie sich im Blut, in der Milz oder im Thymus befinden. 

Prof. Dr. Schultze erörtert:

„Interessanterweise zeigten sich im Gegensatz dazu in nicht-lymphatischen Organen wie der Haut oder der Lunge, dass hier Gewebe-spezifische Faktoren einen größeren Einfluss auf das Transkriptom der dendritischen Zellen haben.“

• Aufgrund der aktuell veröffentlichten Ergebnisse und der besonderen Eigenschaften von dendritischen Zellen erhoffen sich die Wissenschaftler Auswirkungen auf die Therapie bestimmter Erkrankungen des Immunsystems und auf die Entwicklung neuer Ansätze für die Behandlung von Tumorerkrankungen. 

„Es gibt Erkenntnisse, dass dendritische Zellen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von innovativen Immuntherapieansätzen spielen können. Unsere Ergebnisse helfen dabei, grundlegende Eigenschaften dieser Zellen besser zu verstehen“, fasst Prof. Dr. Diana Dudziak zusammen.

Die Studie wurde in einer engen Kollaboration zwischen Dr. Gordon Heidkamp und Prof. Dr. Diana Dudziak vom Universitätsklinikum Erlangen sowie Jil Sander und Prof. Dr. Joachim L. Schultze vom LIMES (Life and Medical Sciences) Institut der Universität Bonn, Mitglieder des Exzellenzclusters ImmunoSensation, durchgeführt. Insgesamt waren 31 Wissenschaftler an den Standorten Erlangen, Bonn, Kiel, Bamberg, Augsburg, Frankfurt und Singapur an dem Projekt beteiligt.

Publikation: Human lymphoid organ dendritic cell identity is predominantly dictated by ontogeny, not tissue microenvironment, „Science Immunology“

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Prof. Dr. Joachim L. Schultze
LIMES Institut (Life and Medical Sciences)
Einheit der Genomik und Immunregulation
Tel. +49(0)228/7362787
E-Mail: j.schultze@uni-bonn.de

Prof. Dr. Diana Dudziak
Universitätsklinikum Erlangen
Department Dermatologiea
Labor für Biologie dendritischer Zellen
Tel. +49(0)9131/8539346
E-Mail: diana.dudziak@uk-erlangen.de
Johannes Seiler Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
 

Konditionierungstherapie: Blutstammzelltransplantation - Leukämie (Blutkrebs)

Medizin am Abend Berlin Fazit:     Nur 160 Plätze für T-Vorläuferzellen im Thymus frei

MHH-Forscher untersuchen die T-Zellentwicklung im Thymus /Veröffentlichung in „Journal of Experimental Medicine“ 
 Eine Lichtscheiben-Mikroskopie, die die dreidimensionale Darstellung und Messung von anatomischen Strukturen in vollständigen Organen wie dem Thymus erlaubt. "Foto: MHH/Krueger"
 
Patienten – insbesondere ältere Patienten – sind nach einer Blutstammzelltransplantation zum Beispiel zur Behandlung einer Leukämie (Blutkrebs) besonders anfällig für Infektionen.

Ein Grund für die erhöhte Anfälligkeit ist die verzögerte Neubildung von T-Lymphozyten (T-Zellen), die eine Schlüsselposition im Kampf gegen Infektionen einnehmen. Im ungünstigsten Fall kann die Regeneration von T-Zellen Monate bis Jahre in Anspruch nehmen. 

Im Gegensatz zu anderen Immunzellen machen Vorläuferzellen im Rahmen ihrer Reifung zu T-Zellen einen Umweg vom Knochenmark über den Thymus. Dort lernen die T-Vorläuferzellen, nur körperfremde Erreger wie Viren oder Bakterien zu bekämpfen und nicht das körpereigene Gewebe als fremd zu erkennen.

Die Besiedlung des Thymus durch Vorläuferzellen aus dem Knochenmark stellt einen möglichen Flaschenhals des Regenerationsprozesses dar. Das Team um Professor Dr. Andreas Krueger, REBIRTH-Arbeitsgruppe „Regenerative Immunologie“, Institut für Immunologie der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH), hat nun aufgeklärt, wie viele T-Vorläuferzellen täglich in den Thymus wandern und für wie viele Zellen dort Platz ist.

 „Im Thymus der Maus gibt es ungefähr 160 Plätze für frische Vorläuferzellen aus dem Knochenmark; davon sind im Durchschnitt 150 Plätze tatsächlich immer besetzt. Das heißt, dass nur etwa zehn Zellen auf einmal in den Thymus aufgenommen werden. Wir konnten zeigen, dass jeder einzelne Platz für zehn bis zwölf Tage besetzt bleibt, bevor er für einen neuen Vorläufer zur Verfügung steht“, sagt Professor Krueger.

Eine Maus produziert täglich zehn Millionen frische T-Zellen im Thymus, der aus etwa 200 Millionen Zellen besteht. Da in diesem Zellgewirr die wenigen T-Vorläuferzellen nicht direkt gezählt werden können, entwickelten die Forscher eine Methode aus der Infektionsbiologie weiter, bei der mit fluoreszierenden Zellen nachgewiesen werden kann, wie viele Mikroorganismen einen Organismus befallen haben. „Wir injizierten einen Mix aus unterschiedlich markierten T-Vorläuferzellen und bestimmten mit einem speziell entwickelten mathematischen Modell, wie viele dieser Zellen den Prozess der T-Zell-Reifung durchlaufen haben. Dabei stellten wir fest, dass nur etwa zehn T-Vorläuferzellen auf einmal in den Thymus gelangen“, erklärt Professor Krueger.

• Ein wichtiger Aspekt der Stammzelltransplantation ist das Schaffen von Platz für Spenderzellen durch eine sogenannte Konditionierungstherapie, zum Beispiel durch Bestrahlung. 

Eine solche Therapie könnte aber auch zu Gewebeschädigungen führen, die eine Besiedlung des Thymus erschwert. „Unsere Experimente deuten tatsächlich daraufhin, dass eine entsprechende Bestrahlung alle verfügbaren Plätze im Thymus für Spenderzellen zugänglich macht“, sagt Professor Krueger. „Als Nächstes wollen wir nun untersuchen, ob und wie sich der Flaschenhals Thymusbesiedlung im Alter verändert.“


Medizin am Abend Berlin DirektKontakt

Professor Andreas Krüger, Telefon (0511) 532-9788
Krueger.Andreas@mh-hannover.de
Stefan Zorn Medizinische Hochschule Hannover

Die Originalarbeit finden Sie unter http://jem.rupress.org/content/early/2015/09/02/jem.20142143.full.

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