Immer wenn ein Erreger unseren Körper befällt oder ein Fremdstoff eindringt, muss das Immunsystem reagieren. Zunächst muss es den Eindringling erkennen. Das machen so genannte Rezeptoren auf der Oberfläche bestimmter Immunzellen, der B-Lymphozyten. Die Erkennung erfolgt durch den Rezeptor nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Dann gibt der Rezeptor das Signal zur Bekämpfung des Erregers oder des Fremdstoffes. Antikörper bekämpfen das so genannte Antigen. Wie die Rezeptoren auf der Oberfläche der B-Lymphozyten arbeiten, war bislang jedoch unbekannt.
"Also die Frage war, wie ein Rezeptor in der Lage ist, nicht nur gegen ein bestimmtes Antigen, ein bestimmtes Molekül zu reagieren, sondern gegen Tausende verschiedene Moleküle."
Michael Reth vom Max-Planck-Institut für Immunbiologie in Freiburg arbeitet seit über zehn Jahren an der Lösung dieser für die Erforschung des Immunsystems wichtigen Fragestellung. Er hatte bereits zahlreiche Hinweise gefunden, dass ein einzelner Rezeptor nicht ausreicht, um bestimmte Antigene aufzuspüren und die gezielte Immunreaktion einzuleiten. Den eindeutigen Beweis lieferten er und sein Team nun durch ein Verfahren der synthetischen Biologie. Statt die Zellen und die Rezeptoren auf der Zelloberfläche zu zerlegen, versuchten die Forscher im Labor die Struktur der Rezeptoren nachzubauen, so dass der Nachbau die gleichen Signale auslöst, wie bei einer natürlichen Immunreaktion.
"Was wir dann angefangen haben, ist, den Rezeptor, der ja in menschlichen und Mäuse-B-Zellen gefunden wird, wieder aufzubauen in einer Fliegenzelle, der Drosophila, die diesen Rezeptor nicht besitzt. Wir haben also diesen Rezeptor nachgebaut und gemerkt, welche Komponenten dieser Rezeptor braucht, um auf die Oberfläche zu kommen."
Bald war klar: Der Rezeptor auf der Oberfläche unserer B-Lymphozyten besteht eigentlich aus mehreren Rezeptoren. Sie lagern sich zusammen als so genannte Oligomere und bilden gemeinsam eine komplexe Struktur auf der Zelloberfläche. Sobald ein Fremdstoff oder ein Bakterium oder Virus auf diese komplexe Struktur trifft und von ihr nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip erkannt wird, zerfällt der Rezeptor in seine Bestandteile und startet das Signal zur Immunantwort. Für Michael Reth ist damit die Interpretation klar.
"Wie weiß unser Immunsystem, dass ein Fremdling eingedrungen ist? Einfach, genau so, wie Sie merken, wenn ein Einbrecher in der Wohnung war: Wenn die Ordnung zerstört ist, dann wissen Sie, dass ein Einbrecher im Zimmer war. Und so ist das auch übertragen auf die Oberfläche der Lymphozyten: Da ist vorher eine Ordnung von Rezeptoren vorhanden und die wird gestört oder zerstört durch die Bindung von einem Fremdstoff und das löst das Signal aus."
Das Startsignal für das Immunsystem ist demnach nicht der Aufbau eines Rezeptors, sondern das Auseinanderfallen des Rezeptor-Komplexes. Die Forscher verstehen nun besser, wie die B-Lymphozyten unseres Immunsystems aktiviert werden, erklärt Michael Reth.
"Da stellt sich nun heraus, dass auf den Membranen dieser Zellen diese Rezeptoren viel organisierter sind, als bisher angenommen. Bisher wurde angenommen, dass sie da frei herumschwimmen. Es wird jetzt eher angenommen, dass sie organisiert sind in solchen Oligomeren, mit anderen Proteinen zusammen gelagert in bestimmten Protein-Inseln sich befinden, und das ein hoch regulierter Prozess ist."
Dieses Ergebnis ist zunächst ein wichtiger Fortschritt für die Grundlagenforschung. Es könnte aber auch für die Medizin Bedeutung erlangen. Zum Beispiel, könnte dieser Mechanismus erklären, warum das Immunsystem bei Auto-Immunkrankheiten, wie Rheuma oder Allergien, ohne Grund in Aktion tritt.
"Also die Frage war, wie ein Rezeptor in der Lage ist, nicht nur gegen ein bestimmtes Antigen, ein bestimmtes Molekül zu reagieren, sondern gegen Tausende verschiedene Moleküle."
Michael Reth vom Max-Planck-Institut für Immunbiologie in Freiburg arbeitet seit über zehn Jahren an der Lösung dieser für die Erforschung des Immunsystems wichtigen Fragestellung. Er hatte bereits zahlreiche Hinweise gefunden, dass ein einzelner Rezeptor nicht ausreicht, um bestimmte Antigene aufzuspüren und die gezielte Immunreaktion einzuleiten. Den eindeutigen Beweis lieferten er und sein Team nun durch ein Verfahren der synthetischen Biologie. Statt die Zellen und die Rezeptoren auf der Zelloberfläche zu zerlegen, versuchten die Forscher im Labor die Struktur der Rezeptoren nachzubauen, so dass der Nachbau die gleichen Signale auslöst, wie bei einer natürlichen Immunreaktion.
"Was wir dann angefangen haben, ist, den Rezeptor, der ja in menschlichen und Mäuse-B-Zellen gefunden wird, wieder aufzubauen in einer Fliegenzelle, der Drosophila, die diesen Rezeptor nicht besitzt. Wir haben also diesen Rezeptor nachgebaut und gemerkt, welche Komponenten dieser Rezeptor braucht, um auf die Oberfläche zu kommen."
Bald war klar: Der Rezeptor auf der Oberfläche unserer B-Lymphozyten besteht eigentlich aus mehreren Rezeptoren. Sie lagern sich zusammen als so genannte Oligomere und bilden gemeinsam eine komplexe Struktur auf der Zelloberfläche. Sobald ein Fremdstoff oder ein Bakterium oder Virus auf diese komplexe Struktur trifft und von ihr nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip erkannt wird, zerfällt der Rezeptor in seine Bestandteile und startet das Signal zur Immunantwort. Für Michael Reth ist damit die Interpretation klar.
"Wie weiß unser Immunsystem, dass ein Fremdling eingedrungen ist? Einfach, genau so, wie Sie merken, wenn ein Einbrecher in der Wohnung war: Wenn die Ordnung zerstört ist, dann wissen Sie, dass ein Einbrecher im Zimmer war. Und so ist das auch übertragen auf die Oberfläche der Lymphozyten: Da ist vorher eine Ordnung von Rezeptoren vorhanden und die wird gestört oder zerstört durch die Bindung von einem Fremdstoff und das löst das Signal aus."
Das Startsignal für das Immunsystem ist demnach nicht der Aufbau eines Rezeptors, sondern das Auseinanderfallen des Rezeptor-Komplexes. Die Forscher verstehen nun besser, wie die B-Lymphozyten unseres Immunsystems aktiviert werden, erklärt Michael Reth.
"Da stellt sich nun heraus, dass auf den Membranen dieser Zellen diese Rezeptoren viel organisierter sind, als bisher angenommen. Bisher wurde angenommen, dass sie da frei herumschwimmen. Es wird jetzt eher angenommen, dass sie organisiert sind in solchen Oligomeren, mit anderen Proteinen zusammen gelagert in bestimmten Protein-Inseln sich befinden, und das ein hoch regulierter Prozess ist."
Dieses Ergebnis ist zunächst ein wichtiger Fortschritt für die Grundlagenforschung. Es könnte aber auch für die Medizin Bedeutung erlangen. Zum Beispiel, könnte dieser Mechanismus erklären, warum das Immunsystem bei Auto-Immunkrankheiten, wie Rheuma oder Allergien, ohne Grund in Aktion tritt.