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Wissenschaftler der Universitätsmedizin Göttingen haben neue
Erkenntnisse in der Grundlagenforschung über Immunzellen im Nervenwasser
gewonnen. Die Entdeckung ist für das Verständnis der Funktion des
Nervenwassers im gesunden Nervensystem und bei neurologischen
Erkrankungen, vor allem der Multiplen Sklerose, von Bedeutung.
Veröffentlichung in einer Februar 2016 Ausgabe von „NATURE“.
T-Zellwanderung zwischen Gehirngewebe und dem umgebenden Hirnwasser (Liquor) Bildnachweis: Johannes Erzberger
Die Untersuchung von Nervenwasser (Liquor) gehört zur
Standard-Diagnostik, um entzündliche Erkrankungen des
Zentralnervensystems (ZNS), wie z.B. Meningitis und Enzephalitis, oder
Multiple Sklerose (MS) zu erkennen.
- Eine erhöhte Zahl von Immunzellen im
Nervenwasser gilt als ein diagnostisches Indiz für MS.
Wie Immunzellen
in den Liquor gelangen, welche Funktion sie dort haben, und wie sie mit
dem Nervengewebe kommunizieren, war bislang nicht geklärt.
Ein Forscherteam unter der Leitung von Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftlern des Instituts für Neuroimmunologie und des Instituts
für Multiple Sklerose Forschung (IMSF) der Universitätsmedizin Göttingen
(UMG) hat jetzt neue Erkenntnisse über die Immunfunktion des
Nervenwassers gewonnen. Mittels
Echtzeitmikroskopie konnten die Forscher
die Bewegung von Immunzellen filmen.
Sie entdeckten: Immunzellen
pendeln rege zwischen Nervenwasser und Gehirngewebe. Als Schaltstelle
für diesen Verkehr
wirken die weichen Hirnhäute, die das Gehirngewebe
umgeben.
Fresszellen in den Hirnhäuten ermöglichen den Immunzellen den
Eintritt in das Nervengewebe und geben die Richtung der
Immunzellwanderung vor. Die Forschungsarbeit eröffnet neue Einblicke in
die Wanderung und Funktion von Immunzellen im Nervenwasser.
Die
Erkenntnisse könnten vor allem für diagnostische oder therapeutische
Aspekte bei der Multiplen Sklerose, einer Autoimmunerkrankung des
Zentralnervensystems, von Bedeutung sein. Die Ergebnisse der Forschungen
sind in dem renommierten Wissenschaftsmagazin NATURE veröffentlicht.
Originalveröffentlichung: Christian Schläger, Henrike Körner, Martin
Krueger, Ste-fano Vidoli, Elke Brylla, Michael Haberl, Carlos Caban͂as,
Thomas Issekutz, Peter Nelson, Tjalf Ziemssen, Ingo Bechmann, Dmitri
Lodygin, Francesca Odoardi & Alex-ander Flügel. Effector T cell
trafficking between the leptomeninges and the cerebro-spinal fluid,
Nature 2016; 530(7590):349-53. doi:10.1038/nature16939
Es wird vermutet, dass bei der Multiplen Sklerose falsch programmierte
Immunzellen, sogenannte autoaggressive T-Zellen, sich fälschlicherweise
gegen das eigene Gehirngewebe richten und eine starke
Entzündungsreaktion im ZNS verursachen.
- In der Folge kommt es unter
anderem zu den MS-typischen schweren und zum Teil bleibenden
Ausfallerscheinungen, wie z.B. Gefühlsstörungen und Lähmungen.
Bei der
diagnostischen Untersuchung von MS findet man eine erhöhte Zahl an
T-Zellen im Nervenwasser.
Welche Rolle Immunzellen im Nervenwasser bei
der Entstehung von Multipler Sklerose (MS) haben, ist bislang noch nicht
genau geklärt.
FORSCHUNGSERGEBNISSE IM DETAIL
Moderne Verfahren der Echtzeitmikroskopie eröffneten den Göttinger
Grundlagenforschern bislang einzigartige Einblicke in das Verhalten von
Immunzellen im Nervenwasser:
Die Forscher fanden heraus, dass die
Hirnhaut, die direkt auf der Oberfläche des Nervengewebes liegt, eine
entscheidende Schaltstelle für die Wanderung von T-Zellen ist. T-Zellen
auf dem Weg in das ZNS verlassen die Blutbahn aus Gefäßen dieser
Hirnhaut und kriechen daraufhin in das umliegende Gewebe.
Dieses Milieu
ist sehr speziell und im Körper einmalig. Die Gefäße sind in der
Hirnhaut eingebettet und von
zahlreichen faserigen Bindegewebsstrukturen
umschnürt, die wie in einem Klettergerüst verspannt sind. Dieses
bindegewebige Netz ist zusätzlich von Zellen durchsetzt.
Der Liquor
fließt über und durch dieses Faser-Zellgeflecht. Die Forscher
entdeckten, dass T-Zellen, die direkt an der Expositionsfläche zum
Liquor entlangkriechen, regelrecht in den Liquor abgewaschen werden.
„Offensichtlich entscheidet sich also in der Hirnhaut, ob die T-Zellen
in das angrenzende Nervengewebe eindringen können oder in den Liquor
abgeschwemmt werden“, sagt Dr. Henrike Körner, eine Erst-Autorin der
Publikation und Mitarbeiterin des Instituts für Neuroimmunologie und des
IMSF der UMG. Frühere Studien gingen davon aus, dass Immunzellen vor
allem an der Produktionsstätte des Liquors, dem Plexus choroideus, in
den Liquorraum übertreten.
Welche Signale regulieren das Anheften der T-Zellen an der Hirnhaut?
Die
Göttinger Wissenschaftler fanden im Hirnhautgewebe spezialisierte
Fresszellen, die T-Zellen Signale für die Aktivierung und für die
Anheftung liefern können.
T-Zellen suchen Fresszellen systematisch nach
diesen Signalen ab.
Bleiben die Signale aus, laufen die T-Zellen Gefahr,
in den Liquor abgeschwemmt zu werden. Bekommen sie dagegen die nötigen
Aktivierungs- oder Klebesignale, haften sie an der Oberfläche fest und
können in das Nervengewebe eindringen, wo sie den zerstörerischen
Entzündungsprozess starten.
Sind die abgeschwemmten T-Zellen im Liquor überhaupt für den
Krankheitsprozess von Bedeutung? Die Göttinger Wissenschaftler konnten
zeigen, dass die Zellen im Liquor vollständig funktionstüchtig bleiben,
d.h. sie verlieren ihre krankmachende Wirkung nicht. „Diese Befunde
könnten daher für eine diagnostische Untersuchung des Liquors bei
MS-Patienten von Bedeutung sein:
Wenn man etwas über die Eigenschaften
pathogener T-Zellen bei der MS erfahren will, sollte man die T-Zellen
aus dem Liquor untersuchen“, sagt Dr. Francesca Odoardi,
Ko-Senior-Autorin der Publikation und Gruppenleiterin am Institut für
Neuroimmunologie der UMG.
Was passiert mit T-Zellen, die in den Liquor abgeschwemmt werden? Auch
auf diese Frage konnten die Wissenschaftler eine Antwort finden
.
T-Zellen können zwischen Liquor und dem angrenzenden Hirnhautgewebe hin-
und herpendeln. Stabil kleben bleiben die Zellen vor allem, wenn sie
auf Fresszellen treffen, die besonders hohe Mengen an „Klebematerial“
produzieren. Dies ist z.B. bei einer Entzündung des Hirngewebes der Fall
oder wenn Fresszellen Aktivierungssignale für T-Zellen liefern.
Dr. rer.nat. Henrike Körner, Institut für Neuroimmunologie, UMG, Erst-Autorin der NATURE-Publikation.
Foto: privat
AUSBLICK
Die Beobachtungen des Göttinger Forscherteams zeigen neue Facetten der
Immunfunktion des Nervenwassers (Liquor) auf.
Im Liquor landen vor allem
T-Zellen, die die Hirnhäute vergeblich auf Anwesenheit ihres
spezifischen Eiweißes oder von Entzündung abgesucht haben. Der Liquor
stellt daher für T-Zellen eine Art Abstellkammer dar. Er sorgt dafür,
dass potenziell gefährliche Eindringlinge vom empfindlichen Nervengewebe
ferngehalten werden. „Allerdings können sich zirkulierende Zellen bei
Bedarf jederzeit wieder an die Hirnhaut anheften und in das Nervengewebe
eindringen. Eine genauere Aussage über die Zellen und deren Funktion im
Liquor könnte daher sowohl diagnostisch als auch therapeutisch genutzt
werden“, sagt Prof. Dr. Alexander Flügel, Senior-Autor der Publikation
und Direktor des Instituts für Neuroimmunologie der UMG.
HINTERGRUNDINFORMATION: NERVENWASSER SCHÜTZT DAS GEHIRN
Das Zentralnervensystem (ZNS), bestehend aus Gehirn und Rückenmark, ist
vor möglichen Schädigungen aus der Außenwelt sehr gut geschützt.
- Dafür
sorgen Knochen (Schädel, Wirbelsäule), faserig/zelluläre Hüllen
(Hirnhäute, Meningen) und ein Flüssigkeitsmantel, das Nervenwasser
(Liquor cerebrospinalis, kurz Liquor).
- Der Liquor wird mehrmals täglich
komplett ausgetauscht, d.h. er wird ständig neu gebildet und an anderer
Stelle abgesaugt.
- Dies führt dazu, dass der Liquor zirkuliert. Anders
als Blut oder Lymphe fließt Liquor nicht in spezialisierten Gefäßen.
- Er
verteilt sich auf der gesamten Oberfläche des ZNS, genauer in den
Hüllstrukturen, den Hirnhäuten.
Diese „Zirkulation“ kann Stoffe oder
Zellen zum Nervengewebe hin oder davon wegtransportieren.
In der
medizinischen Diagnostik spielt die Liquoruntersuchung eine wichtige
Rolle, weil sich dessen Zusammensetzung bei Erkrankungen des
Nervensystems charakteristisch ändern kann.
BILDUNTERSCRIFT: T-Zellwanderung zwischen Gehirngewebe und dem
umgebenden Hirnwasser (Liquor): Mit den Hirnhäuten als zentraler
Schaltstelle (ein 3D-Netzwerk aus Gefäßen, extrazellulärer Matrix und
Zellen), können T-Zellen beständig zwischen Gewebe des
Zentralnervensystems und dem umgebenden Liquor hin und her wandern. Im
Bild ist ein grundlegendes Prinzip dieser Wanderungsbewegung gezeigt:
Wenn eine T-Zelle innerhalb der Hirnhäute auf eine Fresszelle
(Makrophage, weißer Pfeil) trifft und dadurch aktiviert wird, kann die
T-Zelle fest auf der Oberfläche des Rückenmarks anhaften und in dieses
einwandern. Wenn es zu keinem Zusammentreffen beider Zellen kommt, dann
wird die T-Zelle mit hoher Wahrscheinlichkeit in den Liquor abgewaschen.
Bildnachweis: Johannes Erzberger.
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Universitätsmedizin Göttingen, Georg-August-Universität
Institut für Neuroimmunologie / Institut für Multiple-Sklerose-Forschung
Prof. Dr. Alexander Flügel
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Stefan Weller
Universitätsmedizin Göttingen - Georg-August-Universität