T-Zellen

Warum untersuchen wir die T-Zellen? Wir sind umgeben von einer Vielzahl von Pathogenen, wie Bakterien, Pilzen, Viren, Würmern und anderen Parasiten, die alle gern teilhaben möchten an unserem Innenleben, wo es nicht nur warm und feucht ist, sondern auch viele Nährstoffe gibt. Von den Wenigen, die es schaffen die Barrieren wie Haut und Schleimhäute zu überwinden, werden 95 % durch die Zellen des angeborenen Immunsystems eliminiert. Um die restlichen 5 % der Eindringlinge beziehungsweise Fremdantigene zu bekämpfen, werden die T-Zellen gebraucht. Um gegen alle Fremdantigene gewappnet zu sein, ist nicht jede T-Zelle wie die andere, sondern jede T-Zelle hat ihren eigenen Rezeptor. Es gibt 1000 Billionen (1015) verschiedene Rezeptoren für T-Zellen, so dass unter allen T-Zellen eines Individuums auf jeden Fall eine ist, die das neu eingedrungene fremde Antigen erkennen kann. Wenn eine T-Zelle ihr Antigen getroffen hat, wird sie aktiviert und beginnt sich massiv zu teilen (Abbildung 3). Die Armee der neu gebildeten T-Zellen wandert dann über das Blut an die Stelle, wo das Fremdantigen eingedrungen ist. Dort produzieren sie Botenstoffe, verändern somit das lokale Zytokinmilieu. Dadurch aktivieren sie die lokalen Zellen und helfen ihnen bei der Erfüllung ihrer Aufgaben. So werden Makrophagen befähigt, eingedrungene Pathogene zu beseitigen, oder B-Zellen werden unterstützt, Antikörper gegen den Eindringling zu bilden. Der Erfolg der Immunantwort hängt maßgeblich davon ab, welche Botenstoffe und Zytokine die T-Zellen produzieren.

 

Abb.3: T-Zellen vermehren sich, wenn sie ihr Antigen erkannt haben. Dünne Schnitte einer Milz wurden auf einen Objektträger gebracht und immunhistochemisch gefärbt. Die proliferierenden Zellen sind rot gefärbt (anti-Ki-67 Antikörper). Für die Unterscheidung der T- und B-Zellen wurden die B-Zellen blau dargestellt (ant-B220 Antikörper).

Unsere Arbeitsgruppe befasst sich mit den Mechanismen, die zu einer Aktivierung der T-Zellen führen, der eigentlichen Wirkung der T-Zellen an ihrem Zielort und was mit den T-Zellen nach Abschluss der Immunantwort geschieht. Dabei nutzen wir immun-histochemische und molekularbiologische Techniken und isolieren die T-Zellen mit dem Laser-Mikrodissektions-Mikroskop (Abbildung 4). Mit dem Laser-Mikrodissektions-Mikroskop werden aus dem Schnitt einzelne Zellen oder Gewebsareale mit einem UV-Laser ausgeschnitten. In Abbildung 4c ist der Schnitt einer Milz gezeigt, bei der das T-Zellareal ausgeschnitten wurde. Nachdem die T-Zellen mit dem Laser-Mikrodissektions-Mikroskop ausgeschnitten wurden, werden die Botenstoffe bestimmt, die von den T-Zellen produziert werden. Dafür werden die Zellen zerstört und die mRNA isoliert, die dann in cDNA umgeschrieben wird, bevor ihre Menge mit einer PCR gemessen wird. Das Ergebnis in Abbildung 5 zeigt, dass die T-Zellen in der Milz 72 Stunden nach Injektion des Antigens Interleukin-4 (IL4)-mRNA produzieren. Zusätzlich sind wir an der Spezifität der aktivierten T-Zellen interessiert. Dafür analysieren wir alle T-Zellen eines Individuums mit der Hochdurchsatzmethode der Next-Generation-Sequenzierung (Abbildung 6). Die dadurch gewonnenen Daten spiegeln das Immunrepertoire wieder. Das Immunrepertoire ist nicht nur ein Schnappschuss, sondern legt auch die gesamte Geschichte der T-Zellfunktionen eines Individuums offen.

 

Abb. 5: Durch die Analyse der Botenstoffe kann man den Charakter einer Immunantwort bestimmen. Die mRNA-Expression der Zytokine IFNgamma, IL4 und IL10 wurde 9, 24, 48 und 72 Stunden nach Injektion des Antigens bestimmt.In diesem Fall produzieren die T-Zellen IL4.

Unsere Arbeitsgruppe ist gut vernetzt mit anderen Forschungsgruppen der Universität zu Lübeck. So gibt es enge Kooperationen mit der Klinik für Dermatologie auf dem Gebiet der bullösen Autoimmundermatosen und mit dem Institut für Systemische Entzündungsforschung auf dem Gebiet des Komplements. Mit beiden Einrichtungen verbindet uns die gemeinsame Ausbildung von PhD-Studenten im Rahmen des Graduiertenkollegs 1727 und des internationalen Graduiertenkollegs 1911. Zusätzlich ist die Methode der Next-Generation-Sequenzierung ein zentraler Bestandteil der geplanten Plattform für Genomanalysen.

 

 

Abb. 6: Mit der Hochdurchsatzmethode der Next-Generation-Sequenzierung (NGS) kann das Immunrepertoire eines Individuums analysiert werden. A) Ein NGS-Gerät erfasst durch den Einbau von markierten Nukleinsäuren die DNA-Sequenz von 15 Millionen Proben gleichzeitig. B) Das Ergebnis ist als "Treemap" dargestellt. Jeder Punkt entspricht einer Sequenz. Die Größe des Punktes korreliert mit der Anzahl der gleichen Sequenz.