Forscher beobachten "tolle" Türsteher der Immunzellen, die im Team arbeiten

    1. November 2017, 07:00
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    Wissenschafter nutzten neue superauflösende optische Mikroskopie-Technik, zur Untersuchung von Immunrezeptoren

    Frankfurt – Oberflächliche Rezeptoren von Zellen fungieren gleichsam als Türsteher, die auf Signale von außen reagieren. Diese "Toll Like Rezeptoren" (TLR) ermöglichen es den Zellen des angeborenen Immunsystems, zwischen Freund und Feind zu unterscheiden. Nun haben Forscher entdeckt, dass oft zwei Türsteher zusammen arbeiten.

    Als die deutsche Nobelpreisträgerin Christiane Nüsslein-Volhard in den 1990er Jahren bei der Fruchtfliege Rezeptoren entdeckte, die Signale von der Zelloberfläche in eine Immunantwort umwandeln, benannten sie diese in ihrer Begeisterung mit dem Spitznamen "toll", der sich inzwischen in der Literatur etabliert hat. Seitdem sind ähnliche "Toll Like Receptors" auch bei anderen Tieren und beim Menschen entdeckt worden. Sie erkennen Bakterien, Viren und Pilze und stellen damit sicher, dass unser Körper angemessen auf Infektionen reagiert. Deregulierte TLRs können dagegen zu chronischen Entzündungen und Krebs führen.

    Schwer beobachtbare Dimerisation

    Bisherige Experimente deuteten darauf hin, dass TLRs durch ein chemisches Signal aktiviert werden, so dass sich je zwei Proteine zu Dimeren zusammenlagern. Diese sogenannte Dimerisation scheint eine entscheidende Rolle im Schicksal einer Zelle zu spielen: Sie kann darüber entscheiden, ob die Zelle überlebt, stirbt oder sich im Körper fortbewegt. Weil die Dimerisation auf einer molekularen Ebene stattfindet, die mit konventionellen Mikroskopie-Verfahren nicht zugänglich ist, waren Forscher bisher auf indirekte Messverfahren angewiesen. Allerdings waren diese anfällig für Experimentierfehler und führten zu unterschiedlichen Ergebnissen. Das hat sich nun dank der neuen superauflösenden optischen Mikroskopie-Technik geändert.

    Nun haben Wissenschafter um Mike Heilemann von der Goethe-Universität gemeinsam mit englischen Kollegen die Organisation des Rezeptors TLR4 auf der Zelloberfläche in molekularer Auflösung genauer untersucht und im Fachjournal "Science Signaling" darüber berichtet. Sie benutzten zunächst ein superauflösendes Mikroskop, das ungefähr 100 Mal besser auflöst als ein gewöhnliches Fluoreszenzmikroskop.

    In superauflösende Bilder zoomen

    Da dies immer noch nicht ausreichte, um einzelne Rezeptor-Moleküle in einem winzigen Protein-Dimer sichtbar zu machen, entwickelten die Forscher eine verfeinerte Analyse des optischen Signals. Auf diese Weise konnten sie weiter in die superauflösenden Bilder hinein zoomen und untersuchen, unter welchen Bedingungen TLR4 ein Monomer oder ein Dimer formt. Ebenso konnten die Forscher feststellen, welche chemischen Signale von unterschiedlichen Pathogenen die Muster der Rezeptoren modulieren.

    Durch ihren Ansatz hoffen die Forscher künftig besser zu verstehen, wie die Dimerisation von TLRs sich auf die Entscheidung zwischen Tod und Leben einer Zelle auswirkt. Weiterhin könnte genauer bestimmt werden, wie auf TLRs abzielende Wirkstoffe das Verhalten von Krebszellen beeinflussen. "Es ist auch denkbar, dass wir mit diesem Ansatz grundlegende biologische Prozesse, die das Immunsystem in Gesundheit und Krankheit regulieren, künftig besser verstehen. Gleichzeitig ist dieser mikroskopische Ansatz auch auf andere Membranproteine und viele ähnliche Fragen anwendbar", erklärt Heilemann. (red, 1.11.2017)

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