Immunsystem: potentielle Quelle der Jugend für das Immunsystem
Unser Immunsystem hat die Aufgabe, den Körper vor Bakterien, Viren und anderen Krankheitserregern zu schützen. Mit zunehmendem Alter funktioniert das Immunsystem jedoch immer weniger und wir werden anfälliger für Infektionen. Forscher berichten nun über eine mögliche Quelle der Jugend für das Immunsystem.
Die Leistungsfähigkeit des Immunsystems lässt mit zunehmendem Alter nach und ältere Menschen sind anfälliger für Infektionen. Forscher in Würzburg und Freiburg haben nun einen Ansatz entdeckt, mit dem dieser Prozess verlangsamt werden könnte. Seine neuen Erkenntnisse werden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
T-Lymphozyten entwickeln sich hauptsächlich in den ersten Lebensjahren
Die Corona-Pandemie hat uns deutlich gezeigt, dass ältere Menschen anfälliger für Infektionen sind und Infektionskrankheiten bei ihnen schwerwiegender verlaufen als bei jungen Menschen. Außerdem brauchen sie viel länger, um sich zu erholen. Tatsächlich lässt die Leistungsfähigkeit unseres Immunsystems ab dem 60. Lebensjahr stetig nach.
Der Grund dafür ist hinlänglich bekannt: „Sogenannte T-Lymphozyten spielen eine zentrale Rolle bei der Erkennung von Fremdkörpern und der Abwehr von Infektionen“, sagt Professor Dominic Grün, Professor für Computational Biology of Space Biomedical Systems an der Julius-Universität Maximilian. Würzburg (JMU) und Direktor des Instituts für Systemimmunologie, in einer Stellungnahme.
T-Lymphozyten, die Teil des adaptiven Immunsystems sind, entwickeln sich hauptsächlich in den ersten Lebensjahren im Thymus, einem kleinen lymphatischen Organ, das sich in der Brust hinter dem Brustbein befindet.
„Allerdings nimmt die Thymusdrüse mit zunehmendem Alter ab und lässt immer weniger T-Zellen reifen, mit der Folge, dass das Immunsystem schwächer wird“, sagt Professor Thomas Böhm, Leiter einer Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik.
Warum Thymian das ganze Leben lang reduziert wird
Die beiden Wissenschaftler haben nun gemeinsam neue Details der Prozesse entschlüsselt, die bei der Verkleinerung der Thymusdrüse ablaufen. Ihre Erkenntnisse könnten zumindest dazu beitragen, den Rückgang der altersbedingten Immunfunktion zu verlangsamen und neue Therapien zu entwickeln, die diese Altersrisiken reduzieren.
Forscher haben dafür in den vergangenen Jahrzehnten bereits wichtige Vorarbeiten geleistet. Auf diese Weise konnte Böhms Arbeitsgruppe die genetischen Schalter identifizieren, die im Thymus für die Reifung von T-Zellen benötigt werden: Hier handelt es sich um essentielle sogenannte Thymus-Epithelzellen, die T-Zellen anziehen und zur Reifung führen.
Frühere Arbeiten in Boehms Labor hatten gezeigt, dass die beiden Hauptformen des Thymusepithels aus bipotenten Vorläuferzellen hervorgehen. Allerdings war zunächst nicht klar, ob es mehr als einen Elterntyp gibt und in wie vielen Subtypen sich die Eltern unterscheiden.
„Um besser zu verstehen, warum Thymian im Laufe des Lebens reduziert wird, braucht man ein detailliertes Verständnis seiner Zelltypen“, sagt Grün.
Aus wissenschaftlicher Sicht wäre es besonders interessant, sogenannte „naive Vorläuferzellen“ im Gewebe nachzuweisen. Diese Vorläuferzellen können in allen Arten von Thymusepithelzellen ausreifen und bieten daher einen wichtigen Ansatzpunkt, um einer verminderten Thymusfunktion entgegenzuwirken.
Zwei Arten von Vorläuferzellen wurden entdeckt
Beide Arbeitsgruppen konnten diese Vorläuferzellen nun im Thymus erwachsener Mäuse nachweisen. Dabei kamen modernste Methoden der Einzellerbiologie zum Einsatz, insbesondere die sogenannte Einzeller-mRNA-Sequenzierung.
Grün hat in den letzten Jahren maßgeschneiderte bioinformatische Methoden entwickelt, um aus diesen komplexen Daten biologisches Wissen zu gewinnen.
„Diese Technik ermöglicht es, einen molekularen molekularen Fußabdruck jeder Zelle anhand ihrer Genexpression zu erstellen. Mit Hilfe des molekularen Fingerabdrucks jeder Zelle lässt sich eine Karte aller Differenzierungswege ableiten, die die Beziehungen der einzelnen Zellen widerspiegelt.“ Zellen und damit ihren Stammbaum“, sagt der Forscher.
Mit Hilfe der CRISPR-Genschere und eines im Boehm-Labor entwickelten transgenen Mausmodells „Barcode“ gelang es den Forscherteams außerdem, alle wachsenden Epithelzellen des Thymians mit „Codes of Molecular Bars“ zu markieren.
Da diese individuellen Eigenschaften lebenslang unverändert an alle Tochterzellen weitergegeben wurden, konnten die Wissenschaftler die Beziehungen zwischen den Tochterzellen zu verschiedenen Zeitpunkten entschlüsseln.
Die im Labor Grün etablierte Kombination aus Einzeller- und Barcode-Sequenzierung machte es schließlich möglich, gleichzeitig die molekularen Identitäten von Zellen und ihre Verwandtschaft zu messen.
Durch diesen Ansatz konnten die Forscher zwei Arten von Vorläuferzellen entdecken: eine Population, die hauptsächlich während der Embryonalentwicklung und in den frühen Lebensstadien aktiv ist, und eine daraus resultierende “postnatale” Population mit erhöhter Aktivität im Erwachsenenalter.
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„Auf diese Weise haben wir im embryonalen und im adulten Thymus unterschiedliche Populationen von Vorläuferzellen entdeckt, die sich im Thymus in verschiedene Typen reifer Epithelzellen differenzieren lassen“, erklärt Grün.
Diese Vorläuferzellen sind essentiell für die Aufrechterhaltung der Gewebefunktion und für die Unterstützung der Entwicklung von T-Zellen im adaptiven Immunsystem.
Darüber hinaus ermöglichte die Kombination von transgenen Tiermodellen aus dem Labor Böhm mit der Einzeller-Methodik der Arbeitsgruppe Grün, die Wirkung einer seit langem bekannten Methode zur Proliferation von Thymusepithelzellen zu verstehen.
Die Forscher konnten zeigen, dass ein bestimmter Wachstumsfaktor die Vorläuferzellpopulation auch im alternden Thymus hält und somit der altersbedingten Kontraktion dieses Organs entgegenwirkt.
Experten zufolge könnten diese Erkenntnisse die Grundlage für die Entwicklung neuer Therapien bilden, die helfen, die Funktion des Immunsystems im Alter zu erhalten. (Anzeigen)
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Dieser Text entspricht den Anforderungen der medizinischen Fachliteratur, medizinischer Leitlinien und aktueller Studien und wurde von medizinischem Fachpersonal geprüft.
Quellen:
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg: Eine mögliche Jugendquelle für das Immunsystem, (Zugriff: 28.05.2022), Julius-Maximilians-Universität Würzburg
- Anja Nusser, Sagar, Jeremy B. Swann, Brigitte Krauth, Dagmar Diekhoff, Lesly Calderon, Christiane Happe, Dominic Grün und Thomas Boehm: Developmental dynamics of two types of bipotent thymic epithelial progenitors; a: Natura, (veröffentlicht: 25.05.2022), Natura
Wichtiger Hinweis: Dieser Artikel enthält nur allgemeine Informationen und sollte nicht zur Selbstdiagnose oder Behandlung verwendet werden. Sie kann einen Arztbesuch nicht ersetzen.