Ergebnisbericht 2010/11 - Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

42 BERICHTE AUS DER FORSCHUNG | Mykobakterielle Phagosomen und angeborene Immunität
Mykobakterielle Phagosomen und angeborene Immunität
AUTOR | Dr. Maximiliano G. Gutierrez | Nachwuchsforschergruppe Phagosomen Biologie |
mgg08@helmholtz-hzi.de
Obwohl potentielle Pathogene überall und ständig präsent sind, lösen sie nur selten eine Krankheit aus. Die meisten Pathogene
werden durch die in unserem Körper stattfi ndenden angeborenen Abwehrmechanismen sofort eliminiert.
Im Jahre 1882 führte Ilya Metchnikoff ein aufschlussreiches Experiment durch. Er implantierte einer durchsichtigen Seesternlarve
einen Splitter und beobachtete, wie Phagozyten diesen Splitter umschlossen und mit rasanter Geschwindigkeit zu vertilgen
versuchten. Damals postulierte er, dass Phagozyten ein wichtiger Bestandteil des Immunabwehrmechanismus im Wirtsorganismus
sind. Er stellte die Theorie der Phagozytose und der entwicklungsgeschichtlichen Bedeutung der Nahrungsaufnahme zwecks
Ernährung und Aufbau von Abwehrmechanismen auf. In Anerkennung seiner Leistungen im Bereich Immunologie erhielt er 1908
zusammen mit Paul Ehrlich den Nobelpreis für Physiologie und Medizin. Mit seiner Theorie schuf Metchnikoff die Grundlage
unseres heutigen Wissens über die Phagozytose und die Reaktionen des angeborenen Immunsystems (Bericht in Tauber, 2003).
Phagozytose Die Phagozytose bezeichnet den Vorgang,
bei dem spezialisierte und nicht spezialisierte Phagozyten
sowie andere Arten von Zellen Partikel vertilgen, die größer
als 1 μm sind. Die daraus entstehenden intrazellulären Vakuolen,
die als Phagosomen bezeichnet werden, durchlaufen
dynamische Veränderungen. In deren Verlauf ändern sich
sowohl die Zusammensetzung der abgrenzenden Membranen
als auch deren Inhaltsstoffe. Dahinter steht eine Abfolge
von Vorgängen, die den Ausbreitungsmechanismen des
endozytischen Signalwegs ähnelt. Dieser Vorgang wird als
Phagosomreifung bezeichnet. Dadurch wird die Vakuole mit
abbaufördernden Eigenschaften ausgestattet, die für ihre
mikrobizide Funktion von zentraler Bedeutung sind. Bei
den Wirbeltieren bildet sie die vorderste Verteidigungslinie
bei der Abwehr von Infektionen (Haas, 2007).
Phagosomenreifung und Immunität Durch den Einsatz
von Latexkügelchen konnten bei der Erforschung der
Phagosomen-Biologie große Fortschritte erzielt werden.
Dieses Modell wurde in den 60iger Jahren zum ersten
Mal von Weisman und Korn eingeführt und zu Beginn
der 90iger Jahre wiederentdeckt (Desjardins et al., 1994).
Der Einsatz von Latexkügelchen bietet für in vitro und in
vivo Analysen vieler phagosomaler Funktionen vielfältige
Möglichkeiten. Damit lässt sich der hoch komplexe Prozess
der Phagozytose (Abbildung 1) einfach und verständlich
abbilden. Da das Latex im Saccharosegradienten fl ottiert,
lassen sich Latexkugelphagosomen wesentlich einfacher in
reinen Fraktionen zur Analyse der Inhaltsstoffe isolieren
(Abbildung 2). Vieles, was wir heute über Phagozytose und
die Phagosomen-Biologie bei Zellsystemen wissen, haben
eine große Anzahl von Forschergruppen unter Verwendung
des Latexkugel-Phagosomsystems erforscht (Desjardins &
Griffi ths, 2003). Desweiteren lassen sich diese Kügelchen
zur Erforschung der während der Internalisierung stattfi
ndenden Prozesse mit verschiedenen Proteinen bzw. spezifi
schen Liganden beschichten, die an den Zellrezeptoren
selektiv binden. Vor kurzem konnte nachgewiesen werden,
dass sich auch bestimmte Substrate an die Kügelchen koppeln
lassen, so dass die enzymatische Aktivität in Echtzeit
überwacht werden kann (Yates et al., 2005).
Bei der Aufnahme mikrobieller Pathogene bilden die Phagozyten
zwei wesentliche Immunfunktionen aus, die von den
Phagosomen kontrolliert werden. Zunächst leiten die Phagosomen
teilweise die mikrobielle Elimination ein, indem
die aufgenommenen mikrobiellen Pathogene durch einen
speziellen Vorgang, der als Phagosom-Reifungssignalweg
bekannt ist, zu den Lysosomen geleitet werden. Danach werden
das umwandelte Protein und die Lipid-Antigene durch
die Phagozyten über den phagozytischen Signalweg in den
Haupthistokompatibilitätskomplex (HLA) der Klasse I, den
Abb. 1. Phagozytose der Latexkügelchen. RAW 264.7-Makrophagen,
die Rab34-GFP (grün) exprimieren, das die IgGbeschichteten
Latexkügelchen (rot) mit rasanter Geschwindigkeit
vertilgten. Der Zellkern ist blau dargestellt. Dieser Vorgang
zeigt eine schematische Darstellung der IgG-opsonierten Bakterien,
die auch über die Fcγ-Rezeptoren in die Makrophagen
eindringen (FcγRs). A. Kügelchen in verschiedenen Eindringphasen.
B. 3D- Darstellung der Lokalisierung von Rab34 auf
der Phagosommembran. Foto: HZI, Kasmapour