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23. September 2018

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Der Rezeptor als Einzelkämpfer

Der Rezeptor als Einzelkämpfer© TU Wien

Wie T-Zellen als Immunrezeptoren körperfremde Strukturen aufspüren, erforscht ein neues Projekt von TU Wien und MedUni Wien. Neue Therapieansätze gegen Krebs und Autoimmunkrankheiten sind möglich.

Die T-Zellen sind ein besonders wichtiger Teil unseres Immunsystems. Nur mit ihrer Hilfe kann sich unser Körper vor Infektionen oder Krebs schützen. Dabei entstehen an der Oberfläche der T-Zellen laufend neue hochsensible T-Zell-Rezeptoren, die bestimmte untypische oder körperfremde Moleküle (Antigene) erkennen können. Identifizieren T-Zellen anhand dieser Antigene beispielsweise eine Virus-infizierte Zelle oder eine Krebszelle, so töten sie diese oder sie alarmieren andere Immunzellen, die dann diese kranke Zelle eliminieren.

Maßgeschneiderte Therapien gegen Krebs
Manchmal stellen uns T-Zellen aber auch vor große Herausforderungen – etwa wenn sie transplantierte Organe beschädigen oder auf körpereigene Moleküle reagieren und schwere Autoimmunerkrankungen wie Typ1 Diabetes oder Multiple Sklerose auslösen. Was bei der Antigenerkennung genau auf molekularer Ebene geschieht, ist höchst kompliziert und schwer zu erforschen. Ein fundiertes Verständnis dieser Prozesse ist für den biomedizinischen Fortschritt entsprechend unerlässlich, etwa für die Entwicklung moderner, maßgeschneiderter Therapien gegen Krebs oder Autoimmunerkrankungen.
Ein gemeinsames Forschungsprojekt der TU Wien und der MedUni Wien brachte nun bemerkenswerte Ergebnisse: Bisher ging man davon aus, dass T-Zell-Rezeptoren miteinander interagieren und sich für eine schlagkräftige Immunantwort in Paaren oder in Gruppen zusammenfinden. Doch die neuen Untersuchungen aus Wien zeigen: T-Zell-Rezeptoren agieren als Einzelkämpfer. Die Studie wurde jetzt im Fachjournal „Nature Immunology“ veröffentlicht.

Eigens entwickelte Untersuchungstechniken
Prof. Johannes Huppa, Immunologe an der MedUni Wien, und Mario Brameshuber, Biophysiker an der TU Wien, arbeiten bereits seit vielen Jahren zusammen. Den Grundstein für ihr Gemeinschaftsprojekt legten die beiden an der Stanford Universität in Kalifornien, wo sie sich als Postdocs für ein knappes Jahr eine Arbeitsbank im Labor teilten. In Wien konnten sie nun sichtbar machen, wie sich die Immunrezeptoren auf der Oberfläche von lebenden T-Zellen molekular verhalten.
„Obwohl die Vorgänge der T-Zell-Erkennung von entscheidender Bedeutung für die Funktionsweise des Immunsystems sind, wissen wir bis heute immer noch viel zu wenig darüber“, sagt Johannes Huppa, Immunologe an der MedUni Wien. Das liegt daran, dass man diese winzigen molekularen Strukturen normalerweise nur unter dem Elektronenmikroskop sehen kann. Dort lassen sich aber nur speziell präparierte, tote Zellen betrachten.
„Ein besonderer Clou unseres Forschungsprojektes ist, dass wir durch eigens entwickelte Techniken quasi-biochemische Untersuchungen an lebenden T-Zellen vornehmen können“, sagt Mario Brameshuber, Biophysiker an der TU Wien. Das gelingt einerseits durch die Verwendung speziell markierter Moleküle als hochpräzise molekulare Sonde genau am richtigen Ort sowie parallel über neu entwickelte Mikroskopie-Techniken.

T-Zell Rezeptoren brauchen kein Teamwork
„Die äußere Membran der T-Zelle darf man sich nicht wie eine feste Haut vorstellen“, erklärt Brameshuber. „Die Moleküle in dieser Membran sind ständig in Bewegung, auch die Rezeptoren, an denen die Antigene andocken, ändern laufend ihren Aufenthaltsort.“ Und so erklärte man sich die bemerkenswerte Sensitivität der T-Zellen gegenüber Fremdstoffen bis jetzt damit, dass sich die Rezeptoren zu zweit oder sogar in größeren Gruppen zusammenfinden und dann im Kontakt mit dem Antigen kollektiv Signale ins Innere der T-Zelle abfeuern.
Wie das Wiener Team jetzt aber zeigte, ist diese Annahme grundlegend falsch. „Offensichtlich handelt es sich beim T-Zell-Rezeptor um eine fein abgestimmte molekulare Maschine, die alleine agiert und Bindungsereignisse auf der Zelloberfläche mit erstaunlicher Effizienz in Signalreaktionen übersetzt“, erläutert Huppa.
Daraus lässt sich viel lernen – sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die medizinische Anwendung. Nur wer im Detail versteht, was in den T-Zellen bei der Entstehung verschiedener Krankheiten schief läuft, kann präzise intervenieren. Gelingt es, die komplizierten Vorgänge auf molekularer Ebene zu verstehen, eröffnet das neue Chancen für Therapien für Autoimmunerkrankungen und Krebs, oder auch für die bessere Erhaltung transplantierter Organe.

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red/cc, Economy Ausgabe Webartikel, 27.04.2018