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Corona hat gezeigt, dass ältere Menschen anfälliger sind
von Gunnar Bartsch
(27.05.2022) Im Alter lässt die Leistungsfähigkeit des Immunsystems nach, ältere Menschen sind anfälliger für Infektionen. Forscherteams in Würzburg und Freiburg haben nun einen Ansatz entdeckt, mit dem dieser Prozess verlangsamt werden könnte. Die Corona-Pandemie hat es noch einmal deutlich gemacht: Ältere Menschen sind anfälliger für Infektionen, Infektionskrankheiten verlaufen bei ihnen schwerer als bei jungen Menschen, und sie brauchen viel länger, um sich wieder zu erholen.
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Die Gewebestruktur des stimulierten Thymusorgans unterscheidet sich nicht von der eines nicht stimulierten Organs. Als Zeichen für die einwandfreie Funktion des Thymus sind die Randbereiche (rot) und die Innenbereiche (grün) klar voneinander getrennt. Bild: MPI für Immunbiologie und Epigenetik, Boehm ***
Tatsächlich lässt die Leistungsfähigkeit des menschlichen 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.
T-Lymphozyten sind Teil des adaptiven Immunsystems. Sie entwickeln sich vor allem 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.
Veröffentlichung in Nature
Grün und Boehm haben nun gemeinsam neue Details der Prozesse entschlüsselt, die beim Schrumpfen der Zeit ablaufen. Ihre Erkenntnisse, die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature“ vorstellen, könnten zumindest helfen, den Rückgang der altersbedingten Immunfunktion einzudämmen und neue Therapien zu entwickeln, die diese Altersrisiken mindern.
Sie haben dafür in den letzten Jahrzehnten bereits wichtige Vorarbeit geleistet. Die Arbeitsgruppe von Thomas Boehm konnte die genetischen Schalter, die im Thymus für die Reifung von T-Zellen benötigt werden, identifizieren und zur Reifung führen. Frühere Arbeiten in Boehms Labor hatten gezeigt, dass die beiden Hauptformen des Thymusepithels aus bipotenten Vorläuferzellen hervorgehen. Bisher war jedoch nicht klar, ob es mehr als einen Vorläufertyp gibt und in wie vielen Subtypen sich die Vorläufer unterscheiden.
„Um besser zu verstehen, warum Thymian im Laufe des Lebens reduziert wird, braucht man ein detailliertes Verständnis seiner Zelltypen“, erklärt Dominic 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.
Jede Zelle im Blick
Tatsächlich konnten die beiden Arbeitsgruppen diese Vorläuferzellen nun auch in der erwachsenen Maus nachweisen. Dabei kamen modernste Methoden der Einzellerzellbiologie zum Einsatz, insbesondere die sogenannte Einzelzellsequenzierung von mRNA. Grün gehört zu den Pionieren auf diesem Gebiet und 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 basierend auf ihrer Genexpression zu erstellen. Mit Hilfe des molekularen Fingerabdrucks jeder Zelle lässt sich eine Karte aller Differenzierungswege ableiten, die die Verwandtschaftsverhältnisse der Zellen widerspiegelt und damit ihren Stammbaum“, erklärt Grün.
Mit Hilfe der CRISPR-Genschere und eines am Boehm-Labor entwickelten „Barcode“-transgenen Mausmodells gelang es den Teams außerdem, alle wachsenden Epithelzellen des Thymians mit molekularen „Barcodes“ zu markieren. Da diese individuellen Eigenschaften lebenslang unverändert auf alle Tochterzellen übertragen wurden, konnten die Forscher die Beziehungen zwischen den Tochterzellen zu unterschiedlichen 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.
Ein Ziel für neue Therapien
„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“, beschreibt Grün das zentrale Ergebnis der jetzt veröffentlichten Studie. Diese Vorläuferzellen sind essentiell für die Aufrechterhaltung der Gewebefunktion und für die Unterstützung der Entwicklung von T-Zellen des adaptiven Immunsystems.
Durch die Kombination von transgenen Tiermodellen aus dem Labor Boehm mit der Einzelzellmethodik der Gruppe Grün konnte auch die Wirkung einer seit Jahren bekannten Methode zur Vermehrung von Thymusepithelzellen verstanden werden. Die Forscher konnten zeigen, dass ein bestimmter Wachstumsfaktor die Vorläuferzellpopulation auch im alternden Thymus hält und damit der altersbedingten Kontraktion dieses Organs entgegenwirkt. Diese Erkenntnisse können die Grundlage für die Entwicklung neuer Therapien bilden, die helfen, die Funktion des Immunsystems im Alter aufrechtzuerhalten. (idw)