Wie die T-Zelle eine Fehlzündung verhindert

T-Zellen gehören zu den weißen Blutkörperchen und sind ein wichtiger Bestandteil der erworbenen Immunabwehr. Außerdem sind sie, oder genauer gesagt die T-Zell-Rezeptoren in ihrer Außenmembran, selbstständiger als gedacht. Forschende vom Zentrum für Biologische Signalstudien haben kürzlich eine Studie im Journal Immunity veröffentlicht, in der sie zeigen: Auch wenn kein Fremdstoff vorliegt, kann der T-Zell-Rezeptor von alleine seinen Zustand ändern. Er kann sich spontan selbst aktivieren und die Immunzelle, auf der er sitzt, gleich mit dazu. Cholesterin spielt eine wichtige Rolle beim Verhindern einer solchen „Fehlzündung“. Aber war Cholesterin nicht etwas Schlechtes? Der Deutschen Herzstiftung zufolge zum Beispiel gehört ein zu hoher Cholesterinspiegel zu den gefährlichsten Risikofaktoren für Herzerkrankungen. Es gibt eine cholesterinsenkende Diät-Halbfettmargarine und die „Anti-Cholesterin-Diät“. Was Cholesterin mit der (In-) Aktivierung von T-Zellen zu tun hat und ob das irgendetwas für unsere Ernährung bedeutet, möchte ich hier erklären.

Der T-Zell-Rezeptor ist dafür zuständig, eingedrungene Antigene, also Fremdstoffe, zu erkennen und zu binden. Er kann zwei verschiedene Strukturen annehmen. Der ruhende Rezeptor ist in einem inaktiven Zustand. Der so genannte voraktivierte, auf Englisch „primed“, Rezeptor ist im aktiven Zustand: Seine Struktur verändert sich so, dass sich in der T-Zelle eine Signalkette in Gang setzt. Ist eine gewisse Menge an T-Zell-Rezeptoren aktiviert, springt die T-Zelle an und bekämpft den Fremdstoff.

Bislang dachte man, dass ein Fremdstoff, genauer gesagt eine Fremdstoffbindung, für diese Aktivierung nötig ist, was sich ja auch sinnvoll anhört: Die T-Zelle wird aktiv, wenn es einen Eindringling gibt, wie Krankheiterreger oder zum Beispiel auch Tumore, und wehrt diesen dann ab. Wenn es keinen Fremdstoff gibt, muss sie schließlich nicht aktiv werden. Letztendlich ist es aber ein kompliziertes und auch raffinierteres System, wie Prof. Dr. Wolfgang Schamel, Dr. Susana Minguet und ihr Team gezeigt haben. Denn der T-Zell-Rezeptor kann, wie schon erwähnt, von alleine seine Konformation ändern, also zwischen dem inaktiven und dem aktiven Zustand wechseln – auch wenn kein Fremdstoff vorliegt. Das heißt, die T-Zelle könnte sich theoretisch selbst aktivieren. Glücklicherweise weiß sie das zu verhindern (außer es liegt eine Autoimmunerkrankung vor).

Wie garantiert eine Zelle also, dass ohne Fremdstoff nicht zu viele von den voraktivierten („primed“) Rezeptoren da sind? Die Lösung liefert das Cholesterin: Es bindet an den inaktiven Rezeptor, was diesen stabilisiert und verhindert, dass er seinen Zustand wieder ändern kann. Zwischen den Rezeptoren im aktiven und inaktiven Zustand herrscht ein Gleichgewicht. Auf 90 T-Zell-Rezeptoren im inaktiven Zustand kommen etwa zehn in aktiver Konformation. Gebundene Rezeptoren sind dem Gleichgewicht aber entzogen. Das Gleichgewicht pendelt sich so ein, dass es nur ganz wenige oder keine Rezeptoren im aktivierten Zustand gibt.

T-Zell-Aktivierung Modell

Cholesterin (grün) kann an den T-Zell-Rezeptor im inaktiven Zustand (blau) binden. Ein Fremdstoff (orange) kann an den Rezeptor in aktiver Konformation (rot) binden. Wenn der T-Zell-Rezeptor aktiviert wird, setzt sich in der T-Zelle eine Signalkette in Gang (unten, gelbe Kreise). Bild: AG Schamel, Montage: Katrin Albaum

Man kann sich das in etwa mit folgendem Beispiel vorstellen: Es gibt einen Raum voller Kinder (entsprechen den T-Zell-Rezeptoren), die entweder herum stehen und gelangweilt drein gucken (inaktiver Zustand) oder lachen und auf und ab springen (aktiver Zustand). Auf etwa neun Kinder, die „inaktiv“ sind, kommt eins das lacht und springt. Die Laune der Kinder ändert sich hin und wieder spontan. Die gelangweilten, „inaktiven“ Kinder nehmen sich manchmal ein Eis am Stiel (das Cholesterin). Immer wenn sie das tun, verlassen sie den Raum, um das Eis zu schlecken. Deswegen fließen sie nicht mehr in das 9:1-Gleichgewicht ein und können sich auch nicht mehr plötzlich in eines der hüpfenden, lachenden Kinder verwandeln.

Natürlich können die Kinder mit dem Eis auch wieder nach einiger Zeit in den Raum zurückkommen, wenn sie aufgegessen haben. Dann kann sich ihre Laune auch wieder schlagartig ändern. Die lachenden, hüpfenden Kinder nehmen manchmal einen Ball (Fremdstoff) und gehen zum Spielen aus dem Raum hinaus. Die Bälle können auch nur von den „aktiven“ Kindern genommen werden – gelangweilte Kinder interessieren sich (im Beispiel natürlich nur) einfach nicht für Bälle, sondern nur für Eis am Stiel. Weil sie den Raum verlassen haben, sind die ballspielenden Kinder ebenfalls kein Teil des Gleichgewichts mehr. Gehen viele Kinder zum Eis essen raus, gibt es also immer weniger hüpfende, „aktive“ Kinder im Raum. Gehen aber viele zum Ballspielen nach draußen, dann sorgt die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts dafür, dass es wieder neue hüpfende, „aktive“ Kinder im Hauptraum gibt, die sich Bälle nehmen können.
Ebenso ist es bei der T-Zelle: Wenn es tatsächlich ein Antigen gibt und die T-Zelle aktiviert werden soll, rücken sozusagen immer mehr ungebundene, voraktivierte Rezeptoren nach, die dann einen Fremdstoff binden können. Sollte aber kein Antigen vorliegen, gibt es nur sehr wenige ungebundene, voraktivierte Rezeptoren. Dadurch gibt es auch keine „Fehlzündung“ der T-Zelle. Bei Autoimmunerkrankungen kann dieser Mechanismus gestört sein.

Eine künstlerische Darstellung des neuen Mechanismus der T-Zell-Aktivierung, erstellt von der Tochter einer Wissenschaftlerin.

Eine künstlerische Darstellung des neuen Mechanismus der T-Zell-Aktivierung, erstellt von der Tochter einer Wissenschaftlerin. Bild: Susana Minguet/BIOSS

Und lassen diese Erkenntnisse jetzt irgendwelche Folgerungen für unsere Ernährung zu? Sollte man jetzt doch mehr von diesem häufig verteufelten Cholesterin essen, damit das Immunsystem besser funktioniert? Die Antwort ist ein klares „Nein“! Erst einmal ist Cholesterin generell nichts Schlechtes, sondern ein wichtiger Bestandteil unseres Körpers: Es findet sich in Zellmembranen und spielt eine wichtige Rolle bei deren Aufbau und Funktion. Zweitens kann die Zelle das Cholesterin, das sie braucht, selbst herstellen. (Ausführlich erklärt ist die Cholesterinsynthese in diesem Video.) Wenn jemand plötzlich gar kein Cholesterin mehr essen würde, wäre deswegen in der Zellmembran nicht weniger. „Durch die Aufnahme oder nicht Aufnahme von Cholesterin kann man nicht bestimmen, wie viel davon eine Zelle in der Membran einlagert“, sagte mir Wolfgang Schamel dazu.

Die Ergebnisse der Studie lassen sich also nicht in ein Diät-Konzept übertragen, aber zukünftig könnten die Ergebnisse dazu beitragen, zum Beispiel neue Ansätze für die Behandlung von Autoimmunkrankheiten zu entwickeln. Die Forschenden haben jetzt besser verstanden, wie der T-Zell-Rezeptor wirklich funktioniert und aktiviert wird.

Einminütiger Video-Abstract zur Immunity-Studie im YouTube-Channel von Cell Press:
www.youtube.com/watch?v=tZE20ThEq7k
Artikel und Videointerview mit Wolfgang Schamel im Portal „Surprising Science“ der Uni Freiburg:
www.pr.uni-freiburg.de/pm/surprisingscience/surprisingsciencenews/immunzellen-schamel

Veröffentlicht von

Katrin Albaum ist Redakteurin für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit am BIOSS. Sie hat Allgemeine Sprachwissenschaft, Philosophie und Englisch an der Universität zu Köln studiert. Nach dem Studium lernte sie bei einem zweijährigen Volontariat in der Pressestelle der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg alle Facetten der Hochschul- und Wissenschaftskommunikation kennen. Zusätzlich zu ihrer Stelle beim BIOSS arbeitet sie als Mitarbeiterin für Marketing und PR beim Gründerbüro der Universität Freiburg.

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