Das Immunsystem setzt – wie die Polizei – auf Arbeitsteilung. Da sind zunächst einmal die dendritischen Zellen. Sie laufen rund um die Uhr Patrouille und sichern die Spuren verdächtiger Eindringlinge. Bei Erfolg präsentieren sie ihre Funde einem schlagkräftigen Fahndungsteam, den zytotoxischen T-Zellen. Diese Killer wissen nun, wonach sie suchen müssen. Sie schwärmen aus und vernichten die Erreger.

Wie die Spurensicherung abläuft, wissen Forscher inzwischen recht genau: Wenn eine dendritische Zelle auf ein unbekanntes Protein stößt (etwa ein Toxin oder den Bestandteil eines Virus), umfließt sie es mit ihrer Zellmembran. Dabei entsteht ein Membranbläschen, ein Vesikel – eine Art intrazelluläre Tüte, die den Fremdstoff enthält und als Endosom bezeichnet wird. In der Zelle verlässt das fremde Protein die „Tüte“ und wird von Verdauungsenzymen zerlegt. Dabei entstehen Bruchstücke, die die dendritische Zelle an ihre Oberfläche transportiert und dort den zytotoxischen T-Zellen unter die Nase reibt. Diese vermehren sich und machen Jagd auf all diejenigen Zellen im Körper, an denen sie dieselben Proteinbruchstücke riechen.

Das Vorzeigen der Bruchstücke an zytotoxische T-Zellen heißt Kreuzpräsentation. Es ist ein extrem wichtiger Mechanismus, ohne den die Immunabwehr einen großen Teil ihrer Schlagkraft einbüßen würde. Ein Schlüsselschritt dieser Kreuzpräsentation war bislang ungeklärt: Wie gelangt das Fremdprotein aus der Tüte in das Zellinnere?

Molekulare Locher zerstören die intrazelluläre Tüte

Die Wissenschaftler um Prof. Dr. Sven Burgdorf und Matthias Zehner haben diese Frage nun beantworten können. Schon lange wurde vermutet, dass ein Molekül namens Sec61 die Tüte mit dem verdächtigen Fund durchlöchert. Ein Beweis für diese These fehlte jedoch.

Sec61 entsteht in den dendritischen Zellen in einem zelleigenen Röhrensystem, das endoplasmatische Retikulum. „Es übernimmt dort lebenswichtige Aufgaben“, erklärt Prof. Burgdorf, der am LIMES-Institut der Universität Bonn arbeitet (das Akronym LIMES steht für „Life and Medical Sciences“). „Wir haben nun zusammen mit Partnern aus Braunschweig eine Möglichkeit gefunden, das Sec61 in diesem Röhrensystem festzuhalten, ohne seine Funktion zu beeinträchtigen.“

Durch diesen Trick konnte Sec61 nicht mehr zur Tüte mit dem verdächtigen Protein gelangen. Auf den ersten Blick verhielt sich die Zelle absolut normal. „Wir weisen aber nach, dass die Kreuzpräsentation vollständig unterbleibt, wenn wir Sec61 festhalten“, erklärt Prof. Burgdorf. Mit einer in Leiden entwickelten Mikroskopietechnik konnten die Forscher zudem zeigen, dass Sec61 im Normalfall tatsächlich zur Wand der Tüte wandert.

Impfstoffe funktionieren umso besser, je effektiver es ihnen gelingt, eine starke Kreuzpräsentation anzuregen. Die Pharmaindustrie kennt inzwischen eine Reihe von Zusatzstoffen, so genannten Adjuvantien, mit denen sich die Kreuzpräsentation ankurbeln lässt. „Dennoch gelingt das nicht immer in ausreichendem Maße“, betont Prof. Burgdorf. „Wir hoffen, dass unsere Grundlagenarbeit langfristig neue Möglichkeiten aufzeigt, Impfungen gegen Viren oder Tumoren weiter zu verbessern.“

Publikation: Matthias Zehner, Andrea L. Marschall, Erik Bos, Jan-Gero Schloetel, Christoph Kreer, Dagmar Fehrenschild, Andreas Limmer, Ferry Ossendorp, Thorsten Lang, Abraham J. Koster, Stefan Dübel und Sven Burgdorf: The Translocon Protein Sec61 Mediates Antigen Transport from Endosomes in the Cytosol for Cross-Presentation to CD8+ T Cells; Immunity; DOI: 10.1016/j.immuni.2015.04.008

„In der Wissenschaft wird zunehmend erkannt, dass immunologische Prozesse für neurologische Erkrankungen von großer Bedeutung sind: Das gilt für Multiple Sklerose genauso wie für Hirntumore, Alzheimer und Epilepsien“, sagt Prof. Dr. med. Albert Becker vom Institut für Neuropathologie, der zusammen mit Prof. Dr. med. Michael Hölzel vom Institut für Klinische Chemie und Klinische Pharmakologie das Promotionskolleg koordiniert. Die junge Disziplin der Neuroimmunologie versucht unter anderem zu erforschen, wie das Immunsystem darauf ausgerichtet werden kann, zum Beispiel Tumore ins Visier zu nehmen. Erste wissenschaftliche Ansätze zeigen, dass sich etwa mit Hilfe von Antikörpern die körpereigene Abwehr für die Bekämpfung von Krebszellen nutzen lässt.

Auf der Schwelle zu neuartigen Therapien

„Wir stehen auf der Schwelle zu völlig neuartigen Therapien“, sagt Prof. Hölzel. „Mit dem Promotionskolleg wollen wir die Ausbildung junger Wissenschaftler in dieser Disziplin stärken, die wir so dringend benötigen, um diese Forschung weiter voranzutreiben.“ Die Else Kröner-Fresenius-Stiftung fördert die strukturierte Ausbildung der Doktoranden in den nächsten drei Jahren mit 750.000 Euro. Das Geld fließt vor allem in Stipendien. Die ersten Stipendiaten nehmen nun ihre wissenschaftliche Ausbildung auf. Insgesamt sollen sich in dem Promotionskolleg rund 30 junge Mediziner für die Neuroimmunologie qualifizieren.

Sehr gute Betreuung durch international ausgewiesene Forscher

Mit dem Else Kröner-Fresenius-Promotionskolleg arbeiten hochkarätige Einrichtungen wie der Sonderforschungsbereich „Synaptic Micronetworks in Health & Disease“ und das Exzellenzcluster „ImmunoSensation“ in Bonn zusammen. Diese Partner sorgen für spannende Themenfelder an der Front der Forschung, modernste Infrastruktur und eine sehr gute Betreuung durch international ausgewiesene Arbeitsgruppen.

Die Stipendiaten werden in einem Auswahlverfahren festgelegt: Alle am Thema Neuroimmunologie interessierte Studierende der Medizin an der Universität Bonn können sich bewerben. „Mit dem Promotionskolleg schaffen wir einen Freiraum für interessierte Nachwuchskräfte, sich intensiv mit der Forschung zu befassen“, sagt Prof. Hölzel.

Informationen im Internet:

EKFS-Promotionskolleg: www.bonnni.de

Else Kröner-Fresenius-Stiftung: http://www.ekfs.de/de/start.html