Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Glückshormon Dopamin steuert Immunabwehr

13.07.2017

HZI-Forscher simulieren Mechanismus der Kommunikation in Infektionsprozessen

Dringt ein Fremdstoff in unseren Körper ein, werden Antikörper gebildet, die den Eindringling erkennen und bekämpfen. In spezialisierten Bereichen der Lymphknoten, sogenannten Keimzentren, werden diese Antikörper für eine möglichst spezifische Immunantwort gegen Pathogene optimiert und die geeignetsten von ihnen selektiert.


Eine B-Zelle bindet eine antigenspezifische T-Zelle, um ihr Antigen zu präsentieren.

HZI/Manfred Rohde

Eine internationale Gruppe von Forschern, darunter auch Michael Meyer-Hermann vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) und dem Braunschweiger Zentrum für Systembiologie (BRICS), entdeckte und simulierte jetzt einen durch den Neurotransmitter Dopamin gesteuerten Mechanismus in den Keimzentren des Menschen.

Dabei konnten die Forscher einen fördernden Einfluss von Dopamin auf eine frühere und stärkere Bildung von Antikörpern feststellen. Eine über Neurotransmitter regulierte Antikörperbildung in den menschlichen Keimzentren ist bei Immunreaktionen gegen sich schnell vermehrende Erreger ein entscheidender Vorteil. Da der entdeckte Mechanismus bei Mäusen so nicht existiert, konnte er nicht anhand von Versuchstieren untersuchen werden. Die Studie ist im Fachjournal Nature erschienen.

Durch sein Immunsystem ist unser Körper in der Lage, in einer Umwelt mit vielen Krankheitserregern zu überleben. Neben der uns angeborenen Immunität verfügen wir dazu über ein lernendes System, welches erst nach der Geburt in einem fein balancierten Zusammenspiel mit der Umwelt ausgebildet wird.

Dringt ein Fremdstoff in den Körper ein, bilden spezialisierte Abwehrzellen, die B-Lymphozyten oder kurz B-Zellen, Antikörper-Moleküle dagegen. Diese erkennen wiederum den Eindringling anhand seiner Strukturmerkmale der Antigene – und bekämpfen ihn. Bindet eine B-Zelle mit ihrem Rezeptor an ein Antigen, produziert die Zelle direkt einen passenden Antikörper oder beteiligt sich an der „Gründung“ eines Keimzentrums, in dem diese Antikörper weiterentwickelt und dann in größerer Menge produziert werden.

„Die Keimzentren sind besonders interessant in der Infektionsforschung. Sie sind die Ausbildungsstätten für Antikörper“, sagt Prof. Michael Meyer-Hermann. „Sie entwickeln sich im Verlauf einer Immunantwort in den Lymphknoten, in die verschiedene Arten von Immunzellen einwandern.“ Meyer-Hermann leitet die Abteilung „System-Immunologie“ am Braunschweig Integrated Centre of Systems Biology (BRICS), einer gemeinsamen Einrichtung des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung und der Technischen Universität Braunschweig.

Im Keimzentrum findet eine Kooperation zwischen den B-Zellen und einem anderen Typ von Immunzellen, den T-Lymphozyten (oder T-Zellen) statt: „Die aktivierten B-Zellen vermehren sich und diversifizieren ihre Antikörper durch Mutation. Durch Selektion in Interaktion mit den T-Zellen steigern die Antikörper ihre Affinität zu den Antigenen. Nur die effektivsten bleiben übrig. Diesen evolutionären Vorgang bezeichnet man auch als Affinitätsreifung“, sagt Meyer-Hermann. „Bislang ist die B-Zelle die einzige bekannte Zelle, die sich aktiv selbst mutiert und damit einen evolutionären Prozess innerhalb eines Organismus ermöglicht, der bei jeder Impfung ausgelöst wird.“

Während die B-Lymphozyten speziell gegen bestimmte Erreger oder schädigende Stoffe gerichtete Antikörper produzieren, erkennen T-Zellen die auf der B-Zelloberfläche präsentierten Antigene. Die enge Interaktion der T- und B-Zellen im Keimzentrum stand im Fokus der Forscher.

„Die Kontaktstelle zwischen den B- und T-Zellen wird auch als immunologische Synapse bezeichnet“, sagt Meyer-Hermann „Ihre Analogie mit Synapsen zwischen Nervenzellen hat bereits viele Forscher fasziniert. In beiden Synapsen geht es um die Übertragung von Informationen.“ Aus vorherigen Studien war bereits bekannt, dass es Moleküle gibt, die im Gehirn und im Immunsystem unterschiedliche Funktionen haben. Dopamin ist einer der bedeutendsten Neurotransmitter im Zentralen Nervensystem.

Im Rahmen eines von Human Frontier Science Program (HFSP) teilgeförderten Projekts* untersuchten Carola Vinuesa (Canberra, Australien), Michael Dustin (Oxford, Großbritannien) und Michael Meyer-Hermann (Braunschweig, Deutschland) in Zusammenarbeit mit Claudio Doglioni (Mailand, Italien) den Einfluss des Neurotransmitters Dopamin auf die Keimzentrumsreaktion in menschlichen Tonsillen den Mandeln. In der Studie konnten sie zeigen, dass T-Zellen in den menschlichen Keimzentren Dopamin ausschütten und damit die für die Selektion von B-Zellen notwendigen Signale schneller hochregulieren. Die durch Dopamin induzierte Signalkaskade dauert in B-Zellen menschlicher Keimzentren nur 30 Minuten. In Mäusen, bei denen dieser Dopamin-abhängige Signalweg fehlt, erstreckt sich die gleiche Signalkaskade über vier Stunden.

„Da es nicht möglich ist, die Auswirkungen am Menschen zu studieren, untersuchten wir bestimmte Fragestellungen mit der Hilfe von Computersimulationen“, sagt Michael Meyer-Hermann. Ziel der Studie war es, festzustellen, wie sich die Affinitätsreifung von B-Zellen im Keimzentrum durch den zusätzlichen Dopamin-abhängigen Signalweg verändert.

Sebastian Binder und Philippe Robert forschen in Meyer-Hermanns Abteilung und verwendeten ein mathematisches Modell zur Simulation einer Keimzentrumsreaktion, welches mit vielen experimentellen Daten validiert wurde. Basierend auf den vorliegenden Erkenntnissen wurden Keimzentren mit und ohne den Dopamin-abhängigen Signalweg simuliert. „Zu unserer Überraschung haben wir keinen Einfluss von Dopamin auf die Affinitätsreifung gefunden. Unsere intuitive Schätzung, dass Antikörper früher produziert werden, wurde bestätigt“, sagt Meyer-Hermann. „Der unerwartete und deutlichste Effekt des Dopamin-gesteuerten Prozesses war eine stark erhöhte Menge von produzierten Antikörpern.“ Die mathematische Modellierung der Forscher kommt zu dem Ergebnis, dass eine schnellere Signalkaskade in B-Zellen den Output des Keimzentrums um 24 Stunden beschleunigen und die Gesamtantikörpermenge deutlich steigern könnte.

„Es ist faszinierend, dass der ganze Signalweg der Steuerung der Immunantwort über den Neurotransmitter Dopamin beim Menschen existiert, aber nicht bei Mäusen“, sagt Meyer-Hermann. Dies könnte nicht nur bei der Verbesserung von Immunantworten nach Impfungen in der älteren Bevölkerung interessant werden. Die Verwendung eines Dopamin-abhängigen Signalwegs in der immunologischen Synapse zwischen T- und B-Zellen im Lymphknoten könnte einen evolutionären Vorteil bei einer Infektion bieten. Das bedeutet einen Überlebensvorteil bei einer Infektion mit sich schnell entwickelnden Viren, Toxinen oder anderen infektiösen Stoffen, die mit einer hohen Anzahl hochselektiver Antikörper aufzuhalten sind. „Für bestimmte Krankheiten ist es sehr wichtig, die Antikörper etwas früher und in größerer Menge zu haben“, sagt Meyer-Hermann. „Speziell für Ebola-Patienten ist die frühe Antikörperbildung extrem relevant. Sie entscheidet über Leben oder Tod der Patienten.“

*: Projekt: “Cooperation strategy and information processing in and between germinal centre reactions” (RGP0033/2015)

Die Pressemitteilung und Bildmaterial finden Sie auch auf unserer Webseite unter dem Link https://www.helmholtz-hzi.de/de/aktuelles/news/ansicht/article/complete/gluecksh...

Originalpublikation:
I. Papa, M. Ponzoni, D. Saliba, P.F. Canete, P. Gonzalez-Figueroa, S. Bustamante, M. Grimbaldeston, R.A. Sweet, H. Vohra, M. Meyer-Hermann, M.L. Dustin, C. Doglioni, C.G. Vinuesa: TFH-derived dopamine accelerates productive T:B synapses in human germinal centers. Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature23013

Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung:
Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) untersuchen Wissenschaftler die Mechanismen von Infektionen und ihrer Abwehr. Was Bakterien oder Viren zu Krankheitserregern macht: Das zu verstehen soll den Schlüssel zur Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe liefern. http://www.helmholtz-hzi.de

Braunschweig Integrated Centre of Systems Biology:
Das Braunschweig Integrated Centre of Systems Biology (BRICS) ist ein gemeinsames Forschungszentrum des HZI mit der Technischen Universität Braunschweig. Ziel des BRICS ist die Erforschung von Infektionen und der Wirkstoffbildung sowie die Entwicklung biotechnologischer Prozesse mithilfe der Systembiologie. http://www.tu-braunschweig.de/brics

Ihre Ansprechpartner:
Susanne Thiele, Pressesprecherin
susanne.thiele@helmholtz-hzi.de
Dr. Andreas Fischer, Wissenschaftsredakteur
andreas.fischer@helmholtz-hzi.de

Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung GmbH
Presse und Kommunikation
Inhoffenstraße 7
D-38124 Braunschweig

Tel.: 0531 6181-1400; -1405

Susanne Thiele | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Live-Verfolgung in der Zelle: Biologische Fussfessel für Proteine
19.06.2018 | Universität Basel

nachricht Tag it EASI - neue Methode zur genauen Proteinbestimmung
19.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics