Wie überleben Immunzellen und was beeinflusst die Vielfalt?

Antikörper, die gezielt Bakterien, Viren und andere Erreger bei einer Infektion bekämpfen, werden von den so genannten B-Zellen produziert. Sie sind ein wichtiger Teil des spezifischen Immunsystems. Je spezieller und vielfältiger diese Zellen in ihrer Immun-Antwort sind, also je exakter sie für das jeweilige Problem Antikörper produzieren können, umso schlagkräftiger sind sie.

Das Fachjournal Cell veröffentlich jetzt die Entdeckung eines neuen Mechanismus, der die Entwicklung dieser Abwehrzellen steuert und das Arsenal an Antikörpervarianten beeinflusst. Entdeckt haben das Forscher des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin (MDC) und der Harvard Medical School.

B-Zellen gehören zu den weißen Blutzellen (Lymphozyten) und werden im Knochenmark gebildet. Bevor eine B-Zelle Antikörper produzieren kann, durchläuft sie eine komplexe Entwicklung, in deren Zentrum die Bildung eines B-Zell-Rezeptors steht. Mit diesem Sensor erkennt die B-Zelle Krankheitserreger und bildet anschließend maßgeschneiderte Antikörper, mit denen sie die Erreger zielgenau bekämpft. Die riesige Vielfalt der Antikörper, die der Körper benötigt, um sich gegen die unterschiedlichsten Erreger wehren zu können, beruht darauf, dass sich die DNA-Bausteine der Rezeptorgene anscheinend nach dem Zufallsprinzip neu miteinander kombinieren.

Einen weiteren Steuerungsmechanismus für die Entwicklung der B-Lymphozyten konnte jetzt die Kooperation der von Forschern der Harvard Medical School und am MDC nachweisen. Sie konnten zeigen, dass so genannte microRNAs für das Überleben der sich entwickelnden B-Zellen notwendig sind und bei der Ausprägung der Antikörpervielfalt in diesen Zellen eine Rolle spielen.

Die englische Abkürzung RNA steht für Ribonukleinsäure. Sie ist eine chemische Verwandte der DNA und fungiert als Träger der genetischen Information, die die Zelle benötigt, um Proteine zu produzieren. Das heißt, sie übersetzt die in der Sprache der Gene, der DNA, enthaltenen Bauanleitungen für Proteine, in die Sprache der RNA, und bringt diese Information in die Proteinfabriken der Zelle. Neben dieser Boten-RNA existieren auch microRNAs, kleine RNA-Bruchstücke, die an bestimmte Regionen der Boten-RNA binden, und dadurch die Produktion von Proteinen blockieren. MicroRNAs regulieren somit, welche Proteine der Körper bildet.

Um den Einfluss von microRNAs auf die Entwicklung von B-Zellen zu untersuchen, blockierten die Forscher in unreifen B-Zellen ein Protein (Dicer), das für die Produktion aller microRNAs verantwortlich ist. Die so veränderten Zellen bilden verstärkt Proteine, deren Produktion normalerweise durch microRNAs unterdrückt wird. Als Folge konnten sich die Zellen nicht mehr in reife B-Zellen weiterentwickeln und damit auch keine Antikörper produzieren.

Durch ein für die im Entstehen begriffene „Systembiologie“ beispielhaftes Zusammenspiel experimenteller und bioinformatischer/mathematischer Ansätze kamen die Wissenschaftler in Harvard und am MDC zu präzisen Vorrausagen, welche microRNAs in den sich entwickelnden B-Zellen von vitaler Bedeutung sind und warum die Zellen in deren Abwesenheit absterben: Durch statistisches Modellieren der Daten und evolutionäre Sequenzanalyse wurden microRNAs identifiziert, die die Bildung eines bestimmten Proteins (Bim) unterdrücken, das in zu hoher Konzentration zum Zelltod führt, und so das Überleben der Zellen ermöglichen. Diese Voraussagen wurden durch das Experiment bestätigt. Wurde nämlich die Bildung von microRNAs zusammen mit der von Bim unterbunden, konnten sich wieder B-Zellen entwickeln. Durch Untersuchung dieser B-Zellen kamen die Wissenschaftler weiter zu der Einsicht, dass in Abwesenheit von microRNAs Antikörpervarianten entstehen, die in normalen B-Zellen nicht vorhanden sind.

Weitere Informationen:

Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch

SCIENCEdirect