Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Immunsystem: Infizierte Zellen funken SOS

22.06.2004


Marburger Mediziner haben erforscht, wie das "Alarmsignal" Adenosintriphosphat (ATP) das Immunsystem in Aktion treten lässt und ihre Ergebnisse in der US-Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht. Die Arbeit bestätigt die Hypothese, dass bei der Aktivierung des Immunsystems neben der Antigenerkennung und den Infektionssignalen noch ein dritter Mechanismus eine wichtige Rolle spielt: die Freisetzung von Alarmsignalen - normalerweise innerhalb der Zellen lokalisierter Substanzen - durch infizierte oder mechanisch geschädigte Zellen.


Durch welche Mechanismen wird das Immunsystem aktiviert, wenn Zellen zugrunde gehen oder Krankheitserreger in den Körper eindringen? Diesem grundlegenden Problem der Immunologie gehen Wissenschaftler des Fachbereichs Medizin der Philipps-Universität Marburg in einer am 22. Juni 2004 in der US-amerikanischen Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichten Arbeit nach (Hanley et al., PNAS 101, 9479-9984). In einem gemeinsamen Forschungsprojekt untersuchten die Arbeitsgruppen um Prof. Jürgen Daut vom Institut für Normale und Pathologische Physiologie und Prof. Klaus Heeg vom Institut für Mikrobiologie die Rolle von "Alarmsignalen" (danger signals) bei der Steuerung des Immunsystems.

Die Forschungsergebnisse legen den Schluss nahe, dass die Freisetzung von Adenosintriphosphat (ATP) aus geschädigten oder infizierten Zellen ein Alarmsignal darstellt, das über eine komplexe Signalkaskade zu einer Aktivierung des Immunsystems führt. Die Autoren kommen zu dem Ergebnis, dass die Qualität und das Ausmaß der Immunantwort auf körperfremde Substanzen (Antigene) durch die Kombination von so genannten Infektionssignalen (infectious non-self signals) und Alarmsignalen wie der Freisetzung von ATP gesteuert wird.


Gratwanderung: Die Antwort des Immunsystems auf potenzielle Krankheitserreger

Das Immunsystem des Körpers dient der Abwehr körperfremder Substanzen und Mikroorganismen sowie der kontinuierlichen Elimination anomaler (zum Beispiel maligner, also bösartig entarteter) körpereigener Zellen. Viele zelluläre Mechanismen, die an der Immunabwehr beteiligt sind, kennen die Forscher inzwischen, doch die wesentliche Frage wird immer noch diskutiert: Welche Prozesse lösen letztendlich die Immunantwort des Körpers aus?

Diese Prozesse sind komplex, denn die der jeweiligen Situation angemessene Antwort ist eine Gratwanderung: Um Infektionen bekämpfen zu können, muss das Immunsystem zunächst körpereigene Substanzen (self) und körperfremde Substanzen (non-self) unterscheiden. Es muss zuverlässig auf Krankheitserreger reagieren, darf jedoch auf keinen Fall durch körpereigene Proteine aktiviert werden, weil es dann zu Autoimmunkrankeiten wie zum Beispiel Myasthenie oder Multipler Sklerose kommen kann. Andererseits dürfen bestimmte körperfremde Substanzen nicht zu einer Aktivierung des Immunsystems führen: Zum Beispiel muss sich das Immunsystem gegenüber apathogenen (nicht krankheitserregenden) Keimen im Magen-Darm-Trakt oder Fremdproteinen des Embryos im Mutterleib "tolerant" verhalten.

Die jetzt veröffentlichten Resultate der Marburger Wissenschaftler, die mit kultivierten Zellen (in vitro) - nicht im intakten Organismus (in vivo) - gewonnen wurden, deuten darauf hin, dass die Entscheidung des Immunsystems zwischen aktiver Immunantwort oder Toleranz wesentlich davon abhängt, ob ein Alarmsignal wie ATP im Raum außerhalb der Zellen vorhanden ist oder nicht. Sollten sich diese Ergebnisse in vivo bestätigen, wäre damit ein wichtiger Fortschritt bei einem der grundlegenden Probleme der Immunologie erzielt.

Die Fragestellung und ihre Geschichte

Neben dem angeborenen Immunsystem, zu dem unter anderem auch Makrophagen (Fresszellen) gehören, verfügen höher entwickelte Säugetiere wie der Mensch auch über ein adaptives, also "lernendes" Immunsystem. Bei letzerem spielen die Lymphozyten durch Erkennung fremder Proteine (Antigene) und Produktion von Antikörpern eine wichtige Rolle, wie P.B. Medawar und M.F. Burnet in ihrem "Selbst-Nicht-Selbst"-Modell (self non-self) der erworbenen Immunität darstellten.

In den 1990er Jahren erweiterte der kürzlich verstorbene Charles Janeway das klassische Bild der Regulation des Immunsystems um die Erkenntnis, dass das adaptive Immunsystem durch das angeborene Immunsystem gesteuert wird ("infectious non-self"-Modell). Er konnte zeigen, dass Zellen des angeborenen Immunsystems (zum Beispiel Makrophagen) durch zwei parallele Mechanismen zur Aktivierung des adaptiven Immunsystems beitragen. Erstens dadurch, dass sie Krankheitserreger in sich aufnehmen und deren körperfremde Proteinfragmente an ihrer Oberfläche "präsentieren", sodass diese von den Lymphozyten erkannt werden können ("Antigenpräsentation"). Zweitens dadurch, dass sie, ebenfalls an ihrer Oberfläche, körpereigene Signalmoleküle, so genannte costimulatorische Moleküle, präsentieren. Letzteres geschieht dann, wenn die Zellen typische molekulare Strukturelemente von Krankheitserregern erkennen ("Infektionssignale"). Fehlen diese Infektionssignale, reagieren die Lymphozyten nur schwach oder gar nicht auf Fremdproteine.

Allerdings war Janeways Erkenntnis nur eine Verlagerung des Problems, denn es stellte sich nun die Frage, warum die Zellen des angeborenen Immunsystems in manchen Situationen durch Infektionssignale aktiviert werden und in anderen nicht. Außerdem blieb weiterhin unklar, wie das angeborene Immunsystem aktiviert wird, wenn es zu Immunreaktionen kommt, die nicht von Erregern ausgelöst werden.

Dem Problem auf die Spur gekommen

Diesem Problem scheinen die Marburger Mediziner nun auf die Spur gekommen zu sein. Ihre Arbeit bestätigt die Hypothese der amerikanischen Immunologin Polly Matzinger, dass bei der Aktivierung des Immunsystems neben der Antigenerkennung und den Infektionssignalen noch ein dritter Mechanismus eine wichtige Rolle spielt: die Freisetzung von Alarmsignalen. Matzinger vermutete, dass die Zellen des angeborenen Immunsystems bevorzugt dann auf körperfremde Substanzen reagieren, wenn körpereigene Zellen aufgrund einer Infektion durch pathogene Keime oder nach mechanischer Beschädigung Alarmsignale aussenden. Als hypothetische Alarmsignale sah sie Moleküle an, die sich normalerweise ausschließlich innerhalb der Zellen befinden und daher von den Immunzellen nicht wahrgenommen werden. Über die Natur dieser Signalstoffe war bisher jedoch wenig bekannt.

Die Mitarbeiter der Marburger Arbeitsgruppen um Prof. Jürgen Daut und Prof. Klaus Heeg - Dr. Peter J. Hanley, Boris Musset, Vijay Renigunta, Sven H. Limberg, PD Dr. Alexander Dalpke, Rainer Sus und Dr. Regina Preisig-Müller - zeigten nun, dass die Freisetzung von ATP zu einer Aktivierung des angeborenen Immunsystems führen kann. ATP ist in allen Zellen unseres Körpers vorhanden und als Überträger von Energie an fast allen wichtigen Stoffwechselwegen beteiligt. Außerhalb der Zellen kommt ATP normalerweise nicht oder nur in geringsten Konzentrationen vor, es wird jedoch von infizierten, mechanisch geschädigten oder an Sauerstoffmangel leidenden Zellen abgegeben.

Das freigesetzte ATP, so fanden Hanley et al. heraus, löst in Makrophagen "Calciumoszillationen" aus: Es bindet an bestimmte Rezeptoren an der Membran der Makrophagen, was dazu führt, dass in diesen Zellen rhythmische Schwankungen der Calciumkonzentration mit einer Frequenz von etwa zwölf Calciumpulsen pro Minute auftreten. Diese Oszillationen führen zu einer vermehrten Synthese des entzündungsfördernden Zytokins Interleukin-6 durch die Makrophagen und schließlich, über mehrere Zwischenschritte, zu einer Aktivierung der Lymphozyten und damit des adaptiven Immunsystems.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Jürgen Daut: Institut für Normale und Pathologische Physiologie, Philipps-Universität Marburg, Deutschhausstr. 2, 35037 Marburg, Tel. (06421) 28 66494, E-Mail: jdaut@staff.uni-marburg.de

Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS): Hanley et al., PNAS 101, 9479-9984: "Extracellular ATP induces oscillations of intracellular Ca2+ and membrane potential and promotes transcription of IL-6 in macrophages"

Thilo Körkel | idw
Weitere Informationen:
http://www.med.uni-marburg.de/d-einrichtungen/physiologie
http://www.pnas.org/cgi/content/abstract/0400733101v1

Weitere Berichte zu: ATP Aktivierung Immunsystem Krankheitserreger Lymphozyt Makrophagen PNAS

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Treibjagd in der Petrischale
24.11.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Dinner in the Dark – ein delikates Wechselspiel der Mikroorganismen
24.11.2017 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Metamaterial mit Dreheffekt

Mit 3D-Druckern für den Mikrobereich ist es Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen ein Metamaterial aus würfelförmigen Bausteinen zu schaffen, das auf Druckkräfte mit einer Rotation antwortet. Üblicherweise gelingt dies nur mit Hilfe einer Übersetzung wie zum Beispiel einer Kurbelwelle. Das ausgeklügelte Design aus Streben und Ringstrukturen, sowie die zu Grunde liegende Mathematik stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science vor.

„Übt man Kraft von oben auf einen Materialblock aus, dann deformiert sich dieser in unterschiedlicher Weise. Er kann sich ausbuchten, zusammenstauchen oder...

Im Focus: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungen

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungen

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinen über die eigene Handfläche steuern: Nachwuchspreis für Medieninformatik-Student

24.11.2017 | Förderungen Preise

Treibjagd in der Petrischale

24.11.2017 | Biowissenschaften Chemie