Wie kennt das Immunsystem Freund von Feind in Darmbakterien?

Um die Gesundheit zu erhalten, muss das menschliche Immunsystem zwischen Freund oder den Geweben des menschlichen Körpers und Feind oder den invasiven Krankheitserregern unterscheiden. Diese Herausforderung tritt besonders im menschlichen Darm auf, wo nicht nur Zellen des Wirts, sondern auch die Billionen von Bakterien, die nebeneinander existieren und mit ihnen arbeiten, als freundlich behandelt werden müssen. Jetzt zeigt eine neue Studie einen Mechanismus auf, durch den dieses empfindliche Gleichgewicht zwischen Förderung und Hemmung der Immunantwort aufrechterhalten wird.

Darmentzündung

Die Studie – eine Zusammenarbeit zwischen Forschern in Deutschland und Italien – wird in der Zeitschrift veröffentlicht.

In ihrem Studienpapier beschreiben Senior-Autor Thomas Brocker, Professor und Direktor des Instituts für Immunologie an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) in München, und Kollegen, wie sie einen Weg finden, wie Immunüberwachungszellen trainiert werden, den Unterschied zu erkennen zwischen Freund und Feind.

Unsere Eingeweide beherbergen eine komplexe Gemeinschaft von mehr als 100 Billionen Mikrobenzellen, die eine wichtige Rolle für Gesundheit und Krankheit spielen.

Diese im Darm residierenden Mikroben oder Darm-Mikrobiota, die mit ihrem genetischen Material als das Darm-Mikrobiom bekannt sind, beeinflussen den Stoffwechsel, die Ernährung und die Immunfunktion.

Wissenschaftler entdecken, dass Störungen in der Darmflora mit Fettleibigkeit, entzündlichen Darmerkrankungen und anderen gastrointestinalen Störungen in Verbindung gebracht werden.

Es wurde auch vorgeschlagen, dass die Wirkung von Fettleibigkeit auf das Darmmikrobiom seine starke Verbindung mit Typ-2-Diabetes erklären könnte.

Andere haben die Einzigartigkeit der Darm-Mikrobiota eines Menschen mit der eines "DNA-Fingerabdrucks" verglichen, was zu Bedenken hinsichtlich des Datenschutzes für Teilnehmer von Mikrobiom-Forschungsprojekten führt.

Dendritische Zellen fördern und hemmen die Immunantwort

Die neue Studie betrifft eine Art von Zellen, die als dendritische Zellen (dendritic cells, DCs) bezeichnet werden, die zwei unterschiedliche – und scheinbar entgegengesetzte – Rollen im menschlichen Körper entwickelt haben, da sie die Immunantwort sowohl fördern als auch hemmen können.

Schnelle Fakten über Darm-Mikrobiota

  • Unsere Eingeweide enthalten rund 1.000 Bakterienarten
  • Es gibt 100 Mal mehr Gene im Darmmikrobiom als im menschlichen Genom
  • Bei der Geburt wird angenommen, dass der Darm des Säuglings nach der Geburt schnell kolonisiert wird.

Erfahren Sie mehr über Darm-Mikrobiota

DCs helfen, das Immunsystem als Reaktion auf eine Infektion zu aktivieren, aber sie sind auch daran beteiligt, es in bestimmten Situationen aktiv zu unterdrücken.

Sie unterdrücken die Immunität, indem sie induzierte regulatorische T-Zellen (iTregs) auslösen, eine Art von Zelle, die die Entwicklung von Immuntoleranz steuert.

Als Immunitätshemmer im Darm helfen DCs, das Immunsystem zu trainieren, Darm-Mikrobiota als Freund und nicht als Feind zu behandeln. Sie tun dies, indem sie Proteine ​​aus der Mikrobiota internalisieren und in Lymphknoten wandern, die mit dem Darm in Verbindung stehen.

Während sie zu den Lymphknoten wandern, bauen die DCs die internalisierten, freundlichen Bakterienproteine ​​in kleinere Stücke auf, die den "Identitätsabzeichen" ähneln, die sie auf ihren Zelloberflächen tragen.

Diese Identitätsabzeichen werden mit spezifischen Bindungsproteinen angezeigt, die iTregs erkennt, mit dem Effekt, dass die iTregs keine Immunreaktionen gegen Proteine ​​mit den Identitätsabzeichen fördern.

Prof. Brocker sagt: "Wir glauben, dass diese iTregs spezifisch für die Proteine ​​sind, die von natürlichen Darmbakterien produziert werden."

Das Team erklärt, dass die Migration der DCs zu den Lymphzellen – insbesondere jene, deren Zelloberflächen ein Protein namens CD103 + aufweisen – ein wichtiger Teil der Aktualisierung des Immunsystems über die Zusammensetzung der Darmmikrobiota ist.

Dendritische Zellen haben einen "Alarmknopf"

Was die Forscher jedoch herausfinden wollten, war, wie dieser Toleranzmechanismus im Notfall abgeschaltet werden könnte. Ihre Untersuchung führte sie zu einem anderen Molekül, das DCs auf ihren Zelloberflächen – bekannt als CD40 – anzeigen, das sich ähnlich wie ein Alarmknopf verhält.

Wenn aktiviert, bindet CD40 an ein Partnermolekül auf der Oberfläche eines anderen Typs von T-Zellen, genannt Effektor-T-Zellen, der DCs von Inhibitoren der Immunantwort auf Promotoren umwandelt.

In Versuchen an Mäusen zeigten die Forscher, dass Tiere, bei denen der CD40-Signalweg permanent angeschaltet war, eine schwere Kolitis, aber keine anderen Symptome entwickelten.

Sie fanden heraus, dass die betroffenen dendritischen Zellen immer noch aus der Darmschleimhaut in die Lymphknoten wandern, aber wenn sie dort ankommen, begehen sie Zellselbstmord (Apoptose) und verweigern den regulatorischen T-Zellen die Möglichkeit, die Identität der Mikrobiota-Proteine ​​zu spüren schützen sie normalerweise vor einem Immunangriff.

Dies führt zu einer generalisierten Immunantwort, bei der T-Lymphozyten in die Darmschleimhaut wandern und eine Entzündung verursachen. Das Team fand heraus, dass die Mäuse mit Antibiotika, die ihre Darm-Mikrobiota töteten, ebenfalls die Entzündung verringerten und die Tiere überlebten.

"Diese Ergebnisse zeigen, dass die Interaktion zwischen CD103-positiven dendritischen Zellen und regulatorischen T-Zellen essentiell für die Aufrechterhaltung des korrekten immunologischen Gleichgewichts oder der Homöostase im Darm ist."

Prof. Thomas Brocker

Die Forscher wollen nun herausfinden, ob bestimmte regulatorische T-Zellen für bestimmte Darmbakterien programmiert sind, wie diese Studie vermuten lässt.

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