Gedächtniszellen: Schnelle Immunantwort dank Zuckerstoffwechsel

Damit das Immunsystem bereits bekannte Erreger rasch und wirkungsvoll bekämpfen kann, merken sich spezielle Gedächtniszellen die Beschaffenheit von Viren und Bakterien. Wissenschaftler von Universität und Universitätsspital Basel konnten zeigen, dass Gedächtniszellen innerhalb von Minuten ihren Stoffwechsel komplett umstellen können, um schnell auf eine Infektion zu reagieren. Die Studie ist in der Fachzeitschrift «Nature Immunology» erschienen.

Kommt das Immunsystem zum ersten Mal mit einem Krankheitserreger in Kontakt wird dieser nur von wenigen Zellen erkannt. Während der Immunabwehr bilden sich dann spezielle Gedächtniszellen, die auch nach Abklingen der Infektion im Körper fortbestehen. Bei einem erneuten Kontakt mit demselben Erreger werden diese Gedächtniszellen aktiv und bekämpfen das Pathogen rasch und wirksam.

Welche Stoffwechselprozesse die ersten, entscheidenden Stunden der Gedächtnis-Immunantwort ermöglichen, haben Basler Forscher bei Gedächtniszellen untersucht, die das Oberflächenmolekül CD8 tragen (sogenannte CD8+ Gedächtnis-T-Zellen). Beim Erkennen eines bekannten Erregers produzieren gewisse CD8+ Gedächtnis-T-Zellen innert Stunden Effektor-Moleküle welche helfen, virusinfizierte Zellen gezielt zu zerstören.

Metabolische Grundlage der Immunantwort
Bereits 1924 hatte der deutsche Biochemiker Otto Warburg bei sich rasch teilenden Zellen beobachtet, dass diese ihren Stoffwechsel – trotz genügend vorhandenem Sauerstoff – von Sauerstoff-Konsum (oxydativer Phosphorylierung) auf Vergärung von Traubenzucker (Glykolyse) umstellen – dies um die biochemischen Bausteine für neue Zellen bereitzustellen (Warburg Effekt). Für das von Warburg beschriebene Umstellen des Stoffwechsels benötigen Zellen rund einen Tag.

Den CD8+ Gedächtnis T-Zellen gelingt dies, wie die Gruppe um Prof. Christoph Hess nun zeigen konnte, jedoch viel schneller: Da diese Zellen die biochemischen Voraussetzungen für die Umstellung bereits in sich tragen, können sie innert Minuten ihren Stoffwechsel radikal ändern. Diese Veränderung ermöglicht die rasche Produktion von Effektor-Molekülen, welche im Kampf gegen Viren essentiell wichtig sind.

Neue Therapieansätze
Das molekulares Verständnis der metabolischen Grundlagen, auf denen die Immunantwort beruht, eröffnet neue Therapieansätze. Ob durch die Beeinflussung des zellulären Stoffwechsels von Immunzellen krankmachende Antworten abgeschwächt (Autoimmunität), oder erwünschte verstärkt werden können (zum Beispiel bei Impfungen), ist Gegenstand laufender Projekte der Basler Forschungsgruppe.

Originalbeitrag

Patrick Gubser, Glenn Bantug, Leyla Razik, Marco Fischer, Sarah Dimeloe, Gideon Hoenger, Bojana Durovic, Annaïse Jauch und Christoph Hess (2013).
Rapid effector memory CD8 T cell function requires an immediate-early glycolytic switch
Nature Immunology | doi: 10.1038/ni.2687

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