Regulator entdeckt: Kalzium-Signal im Zellkern reguliert nicht nur zahlreiche Gehirnfunktionen, sondern auch Abwehrreaktionen des Immunsystems.
Zellen des Immunsystems können zwischen körpereigenen und körperfremden Eiweißmolekülen unterscheiden. Werden wir beispielsweise Krankheitserregern wie Bakterien oder Viren ausgesetzt, die fremde Moleküle auf ihrer Oberfläche tragen, so löst dies eine Abwehrreaktion des Körpers aus. Im Gegensatz dazu sind die Zellen „tolerant“ gegenüber körpereigenen Molekülen. Reguliert wird dieser Zustand der Anergie – das Ausbleiben einer Immunantwort – durch ein zelluläres Signal: Es handelt sich dabei um einen durch Kalzium gesteuerten „Schalter“, der auch als Regulator für zahlreiche Gehirnfunktionen dient. Das haben Neurowissenschaftler der Universität Heidelberg und Immunologen des Universitätsklinikums Heidelberg entdeckt. Die Forschungsergebnisse wurden im „Journal of Cell Biology“ veröffentlicht.
Durchgeführt wurden die Forschungsarbeiten unter der Leitung von Prof. Dr. Hilmar Bading am Interdisziplinären Zentrum für Neurowissenschaften in Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Yvonne Samstag, Leiterin der Sektion Molekulare Immunologie. Die Heidelberger Wissenschaftler haben mit ihren Untersuchungen das Kalzium-Signal im Zellkern menschlicher T-Lymphozyten als entscheidenden Regulator für die Prozesse des Immunsystems identifiziert. Sie konnten dabei zeigen, dass das Kern-Kalzium-Signal für eine Abwehrreaktion erforderlich ist, die von sogenannten T-Zellen nach Kontakt mit körperfremden Molekülen angestoßen wird.
Die aktuellen Forschungsergebnisse beruhen auf früheren Arbeiten von Prof. Bading, in denen der Wissenschaftler die Funktion von Kalzium im Zellkern untersucht hat. Dabei konnte der Neurowissenschaftler zeigen, dass dieser Botenstoff nach Eindringen in den Zellkern als molekularer „Schalter“ im Nervensystem fungiert. Das Kern-Kalzium-Signal löst genetische Programme aus, die nahezu alle Anpassungsleistungen des Gehirns regulieren. Dazu gehören Gedächtnis und chronischer Schmerz ebenso wie die Neuroprotektion – ein Prozess, bei dem geschädigte Nervenzellen vor dem Absterben bewahrt werden.
„Am Beginn unserer Untersuchungen haben wir angenommen, dass das Kern-Kalzium im Immunsystem eine ähnliche Rolle wie im Gehirn spielt, indem es ein spezielles genetisches Immunabwehrprogramm aktiviert“, sagt Prof. Bading. „Überraschenderweise konnten wir jedoch beobachten, dass die T-Lymphozyten ,tolerant‘ werden, also in den Zustand der Anergie versetzt wurden, sobald wir das Kern-Kalzium-Signal abgeschaltet hatten.“ Diese Erkenntnis hat nach den Worten von Hilmar Bading eine zentrale Bedeutung für die Entwicklung neuer Behandlungsmethoden, die auf der Unterdrückung einer Immunantwort beruhen.
So werden beispielsweise nach Organtransplantationen Medikamente eingesetzt, die jegliche Abwehrreaktion des Immunsystems abblocken. Möglicherweise könnte auf der Basis der neuen Forschungserkenntnisse die Immunreaktion in eine „Toleranzreaktion“ verwandelt werden – in eine Pro-Toleranz-Immunsupression, wie die Heidelberger Wissenschaftler diesen Prozess benannt haben. Dies ließe sich, so Prof. Bading, unter Umständen dadurch erreichen, dass Kern-Kalzium in aktivierten Immunzellen blockiert wird.
Originalpublikation:
S. Monaco, B. Jahraus, Y. Samstag and H. Bading: Nuclear calcium is required for human T cell activation. The Journal of Cell Biology, Vol. 215, No. 2, 231-243 (published 17 October 2016), doi: 10.1083/jcb.201602001
