Entscheidende Unterschiede im Innenleben von Immunzellen aufgedeckt

Von aussen sehen die meisten Immunzellen genau gleich aus: klein und kugelrund. Doch nun haben Forschende um Berend Snijder vom Institut f¨¹r Molekulare Systembiologie an der ETH Z¨¹rich mit ausgefeilten Methoden einen Blick in ihr Inneres geworfen. Und dabei entdeckt, dass der Aufbau ¨C ?die Zellarchitektur? in Snijders Worten ¨C von sogenannten zytotoxischen T-Zellen ¨¹ber ihr Schicksal entscheidet.

Merkmale, die das Schicksal bestimmen

Wenn sie einem Erreger begegnen, entwickeln sich Zellen mit Einst¨¹lpungen im Zellkern zu wirkm?chtigen Effektorzellen, die sich rasch vermehren und den Erreger abt?ten. Ihre Schwesterzellen mit einem kugeligen Zellkern hingegen sind gem?chlicher unterwegs: Ihre Aktivierung nimmt mehr Zeit in Anspruch ¨C und f¨¹hrt schliesslich zur Bildung von langlebigen Ged?chtniszellen, die den Organismus vor einem erneuten Befall mit dem gleichen Erreger sch¨¹tzen.

Dass es diese zwei T-Zellpopulationen mit unterschiedlichen Funktionen gibt, weiss die Wissenschaft seit etwa 50 Jahren. ?Bis anhin war jedoch nicht klar, welche Merkmale eine T-Zelle aufweisen muss, um sich nach ihrer Aktivierung in eine Effektor- oder in eine Ged?chtniszelle zu entwickeln?, sagt Ben Hale, Postdoktorand in Snijders Forschungsgruppe und Erstautor des soeben in der Fachzeitschrift externe Seite Science erschienenen Beitrags.

Um nach diesen Merkmalen Ausschau zu halten, haben die Forschenden eine Plattform erstellt, die Mikroskopiebilder von Immunzellen automatisch auswerten kann. Dieser Plattform haben die Forschenden Tausende von T-Zellen von 24 gesunden Personen vorgesetzt, die ihr Blut freiwillig dem Z¨¹rcher Blutspendedienst des Schweizerischen Roten Kreuzes gespendet hatten.

Unerwartete Unterschiede

Mit einer auf maschinellem Lernen beruhenden Methodik klassifizierte die Plattform die Zellen in drei unterschiedliche Gruppen. ?Wir hatten zuvor schon gesehen, dass einige T-Zellen nach ihrer Aktivierung flaschenf?rmig sind?, sagt Snijder. ?Aber dass sich auch die runden Zellen in zwei verschiedene Gruppen aufteilen lassen, hatten wir nicht erwartet.?

In weiteren Untersuchungen stellten die Forschenden ausserdem fest, dass die Unterschiede in der Zellarchitektur der runden Zellen eine funktionelle Bedeutung haben. ?Die Zellen mit Einst¨¹lpungen des Zellkerns sind auf eine rasche Aktivierung ausgerichtet: Innerhalb von 24 Stunden verwandeln sich viele von ihnen in die flaschenf?rmigen Effektorzellen?, sagt Hale.

?Zudem reagieren sie st?rker, wenn sie aktiviert werden. Und sie vermehren sich viel rascher als Zellen ohne Einst¨¹lpungen?, erg?nzt Snijder. Mit seinem Team hat er auch den molekularen Mechanismus der rascheren und st?rkeren Aktivierung der Zellen mit Einst¨¹lpungen aufgeschl¨¹sselt: ?Dank der speziellen Zellarchitektur k?nnen viel mehr Kalzium-Ionen einstr?men?, sagt Snijder.

Im Gespr?ch mit den beiden Forschenden wird klar, dass noch zahlreiche Fragen einer Antwort harren. Zum Beispiel will Snijder mit seinem Team herausfinden, wie der Organismus sicherstellt, dass immer etwa 60 Prozent der zytotoxischen T-Zellen im Blut Einst¨¹lpungen aufweisen, w?hrend bei 35 Prozent keine Einst¨¹lpungen auszumachen sind und die restlichen 5 Prozent flaschenf?rmig daherkommen.

Klinische Wirksamkeit von Behandlungen verbessern

Ihre Resultate seien nicht nur ?f¨¹r das grundlegende Verst?ndnis der Funktionsweise unserer Immunzellen wichtig?, meinen Snijder und Hale, sondern spielten zum Beispiel auch im Kampf gegen Krebs eine wichtige Rolle: ?Viele neuartige Behandlungen setzen T-Zellen ein, um die Krebszellen abzut?ten?, sagt Snijder. ?Wenn wir in Zukunft gezielt diese zellul?re Architektur ausw?hlen und einsetzen k?nnen, die sich st?rker aktivieren lassen, k?nnen wir vielleicht die klinische Wirksamkeit solcher Behandlungen verbessern.?