Physiker erklären wie Immunzellen aktiviert werden
Forschern ist es erstmals gelungen, den Einfluss von Calciumsignalen auf das Immunsystem im Nanobereich näher zu beschreiben.
In ihrer Arbeit analysierten Wissenschaftler um den Homburger Biophysiker Markus Hoth Calciumkonzentrationen an immunologischen Synapsen. Sie konnten nachweisen, dass Calcium regulierend auf das Immunsystem wirkt und somit auch die Aktivierung des Immunsystems steuert. Die Forscher machten bei ihren Untersuchungen Gebrauch von hochauflösenden Mikroskopietechniken.
Abb.: Die Mikroskopieaufnahme zeigt T-Zellen, die sich an Tumorzellen anlagern. An den grün eingefärbten Stellen, den immunologischen Synapsen, „kommunizieren“ sie miteinander: Über Calciumsignale werden die T-Zellen aktiviert und die Immunabwehr wird in Gang gesetzt. (Bild: AG Hoth)
Das menschliche Immunsystem muss Freund von Feind unterscheiden. Gegenüber diesem soll das Immunsystem tolerant reagieren, das heißt nicht aktiviert werden, jenen aber soll es mit allen Mitteln bekämpfen. Dazu bilden bestimmte Zellen des Immunsystems, die T-Zellen, spezialisierte Kontakte mit anderen Zellen aus, die immunologischen Synapsen. „Ähnlich wie bei einer Synapse zwischen Nervenzellen werden an der immunologischen Synapse Informationen zwischen verschiedenen Zellen ausgetauscht – ein Schritt, der für die Aktivierung des Immunsystems von entscheidender Bedeutung ist“, erläutert Markus Hoth. Eine wichtige Rolle hierbei spiele die Erhöhung der Calciumkonzentration in den T-Zellen, denn Calciumsignale aktivieren die T-Zellen. Auf diese Weise kontrollieren und regulieren sie wichtige Funktionen des Immunsystems und tragen wesentlich dazu bei, dass Gleichgewicht des Immunsystems zu erhalten. Calciumsignale sind zum einen an der Immunreaktion gegenüber Viren beteiligt, aber auch an der Vermeidung von Immunreaktionen gegenüber harmlosen Substanzen. Entscheidend dabei ist jeweils die Konzentration der Calciumsignale.
Die Forscher analysierten die Wirkweise des Calciums in sehr kleinen Nanobereichen an den immunologischen Synapsen in T-Zellen. Dabei konnten sie das genau aufeinander abgestimmte Zusammenspiel von Calciumkanälen, Calciumpumpen und den Kraftwerken der Zellen, den Mitochondrien, mit präzisen Mikroskopietechniken bestimmen.
An der Studie war auch Heiko Rieger, Professor für Theoretische Physik am Saarbrücker Campus, beteiligt. „Für uns zeigte sich auf beeindruckende Weise, wie physikalische Prinzipien dazu beitragen, fundamentale zelluläre Signalmechanismen – in diesem Fall in menschlichen T-Zellen – zu verstehen“, sagt Rieger. Sehr wichtig für das quantitative Verständnis seien darüber hinaus mathematische Modelle, wie sie von den Forschern der Theoretischen Physik an der Saar-Uni entwickelt werden. „Sie erlauben es letztendlich erst, die Aktivierung der Immunzellen in ihrer ganzen Komplexität mechanistisch zu erfassen“, ergänzt der Forscher.
UdS / PH
